Фото танталовых конденсаторов: Танталовые конденсаторы — скупка лома танталовых конденсаторов по высокой цене в Киеве, Харькове, Львове, Одессе

Замена сгоревших танталовых конденсаторов

У меня старый компьютер со сломанным жестким диском Miniscribe 8425SA. Один из конденсаторов перегорел, и ему нужна помощь в поиске замены. Вот мои вопросы:

1. Похоже, на плате есть аналогичные конденсаторы с маркировкой «-A- 22uF 16V 89 2 8» (см. Фото ниже). Что означает код «А»? Я думаю, что понимаю все остальное (емкость, номинальное напряжение, код даты?)

2. Какую СОЭ я должен получить? Чем ниже, тем лучше?

3. Конденсатор кажется 6,5 мм х 4 мм. Таким образом, размер кода будет что-то вроде 6540?

4. Могу ли я что-нибудь сделать, чтобы это не сгорело в будущем? Более высокое номинальное напряжение, скажем, 25В? Другой тип конденсатора? Кажется, что танталовые конденсаторы являются привередливыми и выходят из строя катастрофически.

Изображений:

Вид сверху с идентичным (?) Компонентом

Вид сбоку, похоже, что конденсатор был подключен к 12В шине.

Длина дубликата, мм.

Ширина дубликата, мм.

zebonaut

Похоже, ваша жареная крышка подключена прямо к входным клеммам шины +12 В и GND. Вот шаги, которые я бы попробовал снова запустить:

1. Снимите крышку. Подайте питание на жесткий диск, скорее всего, он будет работать в любом случае, потому что крышка просто действует как небольшой фильтр для входной шины +12 В, и слегка увеличенное пульсирующее напряжение на этой шине, скорее всего, будет допускаться остальной частью жесткого диска. Этот тест также скажет вам, если что-то еще не удалось вместе с крышкой или если вам повезло, и крышка является единственной плохой частью.

2. Если шаг 1 был неудачным, вместо жареной крышки можно положить практически любую крышку с, по крайней мере, такой же емкостью и, по крайней мере, тем же напряжением. Может быть, диск будет работать сейчас? Если вам нужен только диск для восстановления данных, любой полуприличный электролитический (включая танталовый) конденсатор, скорее всего, будет работать достаточно долго, пока вы, наконец, не очистите диск. Не беспокойтесь о ESR. Поскольку колпачок выглядит параллельно входу 12 В, не стоит считать каждый миллиом. Тем не менее, вы, конечно, правы: чем меньше СОЭ, тем лучше.

3. Однако, судя по всему, накопитель настолько стар, что вы цените не только данные, но и саму классную винтажную аппаратуру. Вот что я бы сделал для хорошего, постоянного ремонта: Размеры танталовых конденсаторов SMD стандартизированы . Ваш, кажется, один из самых больших (C ?, D?). Попробуйте найти сменный колпачок с тем же размером и емкостью, и вы совершенно правы насчет напряжения — 25 В или больше — очень хорошая идея. При использовании танталовых конденсаторов следует учитывать огромное ухудшение характеристик, и использование крышки с удвоенным напряжением, которому она подвергается в вашем приложении, вовсе не является плохой идеей. Последний совет: в то время как алюминиевые электролитические колпачки имеют отметку («полоса») на отрицательном конце, танталовые конденсаторы отмечены на конце «+»!

4. Поскольку мы уже говорим о снижении номинальных характеристик и обжаренных колпачках из тантала: помимо (даже очень коротких) скачков напряжения, приводящих к катастрофическим сбоям колпачков из тантала, они также очень чувствительны к скачкам тока (так как они появляются, когда вы подключаете разъем питания к сети горячим способом). привод). Если у вас есть место, использование алюминиевой электролитической крышки в качестве замены будет более надежным. Если вы хотите получить «хороший как оригинальный» старинный ремонт, постарайтесь держаться подальше от горячей замены диска.

Пример диаграммы произвольного размера (становится более запутанным, если учесть не только длину и ширину, но и высоту):

Связанный: https://electronics.stackexchange.com/a/80458/930

Конденсаторы для «чайников» / Хабр

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε_r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

Герметичные 230-градусные оксидмарганцевые танталовые конденсаторы

Автор статьи

По материалам компании AVX

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №4 2016)

Скачать статью в формате PDF (321 КБ)

Определенные электронные приложения, такие как оборудование бурения нефти и газа, непрерывно требуют все более высоких температур. Недавно требования к рабочей температуре выросли с 200 до 230 °C с одновременным увеличением срока службы с единиц часов до одной тысячи часов и выше. Эти требования связаны с продолжающимися разработками головок бурения нефти и датчиков и их использованием для глубинного бурения или бурения в более сложных геологических условиях. Конденсаторы высокой емкости являются обычной деталью электронных плат, необходимых для подобных применений, но выбор конденсаторов с рабочей температурой выше 125/175 °C крайне ограничен. Технология танталовых SMD-конденсаторов доказала свою работоспособность при температурах до 175 °C, и есть очень ограниченный выбор специальных серий, функционирующих при 200 °C. На этом фоне герметичные оксидмарганцевые танталовые конденсаторы демонстрируют уникальную стабильность работы и продолжительные сроки жизни при температуре 230 °C, сочетая эти достоинства с прочной, стабильной и надежной конструкцией. Все, что далее будет изложено в статье, рассказывает о базовом поведении твердотельных герметичных оксидмарганцевых танталовых конденсаторов при температурах выше 200 °C. Определенный тип износа был изучен в ходе длительной выдержки при 230 °C в зависимости от приложенного напряжения. Тем не менее базовой возможности соответствовать требованиям «лучшего в классе» по непрерывной работе при 230 °C в течение 1000 ч удалось добиться при снижении рабочего напряжения до 50 % Uном (номинального напряжения, или rated voltage). Статья обобщает информацию о феномене износа, исследованном при температурах выше 200 °C на этих конденсаторах, и влияние на срок службы различных уровней понижения напряжения при 230 °C.

Введение

Танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа с твердым электролитом были излюбленным технологическим выбором для многих электронных устройств более 50 лет, благодаря высокой стабильности, надежности и объемной эффективности. Традиционный материал катода — диоксид марганца (MnO2) — предоставлял хорошую механическую надежность и относительную температурную и влажностную стабильность, достаточную для многих применений. Два главных недостатка оксидмарганцевых танталовых конденсаторов — это возможное термическое лавинообразное разрушение и относительно высокое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Оба недостатка можно устранить с помощью катода на базе кондуктивного (проводящего) полимера. Такие детали обеспечивают меньшее ESR и более высокую безотказность, но кондуктивный полимер имеет очень строгие ограничения по рабочим температурам. Некоторые сферы применения требуют максимальных рабочих температур, превышающих 125 °С, где кондуктивный полимер начинает разрушаться. Есть и более требовательные к температуре приложения, такие как бурение нефти, где в дальнейшем потребуется повышение температуры свыше 200 °C. Решением проблемы ограниченной стабильности в условиях неустойчивой высокой температуры окружающей среды является использование катода из диоксида марганца. Но даже конденсаторы, построенные на базе такого катода, потенциально подвержены деградации при продолжительной работе в экстремальных условиях окружающей среды. Деградация заливочной смолы также негативно влияет на работоспособность конденсаторов при длительном хранении при температурах выше 125 °C или даже при относительно краткосрочном воздействии сверхвысоких температур, превышающих требования спецификации. Прочие изменения могут включать окисление, морфологические изменения или другой механизм деградации, которые все вместе приводят к уменьшению проводимости катода, что в результате выливается в увеличение ESR или уменьшение емкости. Защита внутренней структуры конденсатора от повышенной влажности и кислорода может значительно увеличить его способность выдерживать экстремальные температуры. Оба этих условия можно обеспечить, используя конденсаторы, которые герметично запечатаны в инертной атмосфере. Относительно высокое значение ESR, которое обеспечивается оксидмарганцевым катодом, может быть уменьшено с помощью параллельного включения конденсаторов внутри одного корпуса.

Герметичное запечатывание

Рис. 1. Performance Life A — измеренная емкость в течение 2000 ч при 0,33, 0,4, 0,5 и 0,6 Uном для 100мкФ/35-В конденсаторов с катодом, герметично запечатанным в керамическом корпусе (медианное значение для выборки из 30 компонентов)

Были разработаны новые танталовые конденсаторные SMD-структуры, где элементы конденсатора помещены и герметично запечатаны внутри керамического корпуса. Азот был использован в качестве инертного газа в дополнение к герметичному корпусу, чтобы предотвратить термическое лавинообразное разрушение диоксидмарганцевого твердого электролита. Керамический корпус выбран для первоначальных экспериментов ввиду его высокой механической надежности и возможности герметичного запечатывания. Конденсаторные элементы присоединены к керамическому корпусу обычными выводами. Корпус имеет крышку, которая помещается на верхней поверхности керамических боковых стенок после того, как элемент конденсатора расположен внутри керамического корпуса. Для создания необходимой герметичности крышка обычно выполняется из металла. Стойкий сварной шов по ее периметру создает герметичность, тестирование которой проводится на 100 % произведенных компонентов для проверки и поддержания гарантированной надежности. Керамический корпус и конденсаторные элементы имеют одинаковую форму и близкие габариты, так что конденсаторный элемент может быть легко размещен во внутреннем пространстве корпуса, что обеспечивает максимальную объемную эффективность.

Результаты и их обсуждение

Проведены испытания стабильности танталовых конденсаторов с высокой объемной эффективностью, герметично запечатанных в инертной атмосфере в керамических корпусах, описанных выше. Оба фактора — температура и снижение рабочего напряжения — были предметом для изучения. Результаты стандартного диоксидмарганцевого танталового кон-денсатора с твердым электролитом представлены в качестве примера эффекта герметичного запечатывания и показаны далее. Тестирование и анализ танталовых SMD-конденсаторов выполнены на выборке 100-мкФ/35-В конденсаторов с диоксидом марганца в качестве материала катода. Танталовый анод имеет длину 4,9 мм и ширину 4,8 мм; толщина 2,6 мм анодирована при 125 В в жидком электролите, чтобы достичь емкости 50 мкФ. Проводящее покрытие сформировано помещением анода в водный раствор нитрата марганца и разложением при 250°C. Сборка параллельного соединения из двух таких конденсаторных модулей осуществлялась с помощью различных сочетаний сварки и приклеивания токопроводящими клеями к контактным площадкам керамического корпуса длиной 12,5 мм, шириной 11,00 мм и толщиной 5,35 мм. Два анода соединены в одном корпусе параллельно.

Рис. 2. Performance Life A — измеренное значение ESR в течение 2000 ч при 0,33, 0,40, 0,50 и 0,60 Uном для 100-мкФ/35-В конденсаторов с катодом, герметично запечатанным в керамическом корпусе (медианное значение для выборки из 30 компонентов)

Результирующая сборка была помещена в плавильную камеру и наполнена азотом до того, как был заплавлен шов между кольцом припоя и металлической крышкой. Тест герметичности проведен с использованием детектора гелия до и после индивидуальных тестов. Максимальная утечка гелия не должна превышать 1×10-8 атм/с. Специально разработанный процесс старения проводили после запайки шва. Тестовый метод проверки электрических характеристик выполнен при следующих условиях: для определения срока жизни конденсаторы были помещены в печь при соответствующей температуре с требуемым напряжением. Детальное описание всех методов тестирования приведено ниже:

1. Сценарий Performance Life A: время работы 2000 ч, температура 200 °C, напряжение 0,33, 0,4, 0,5 и 0,6 Uном.
2. Сценарий Performance Life B: время работы 1000 ч, температура 230 °C, 0 В или 0,25, 0,33, 0,4 и 0,5 Uном.
3. «Горячий» ток (DCL) утечки после времени работы по сценарию Performance Life B: длительность 60 с, тестовая температура 230 °C, 0 В или 0,25, 0,33, 0,4 и 0,6 Uном.
4. Ток утечки (dcl) после времени работы по сценарию Performance Life B: длительность 60 с, тестовая температура 20 °C, Uном.

Емкость измерялась при частоте 120 Гц, с постоянным смещением 2,2 В и значением RMS = 0,5. ESR измерялось при 100 кГц. Ток утечки при комнатной температуре и при температуре 230 °C измерялся с использованием специально разработанного тестового набора, который измеряет ток утечки как минимум через 60 с после момента подачи номинального напряжения. Все другие измерения были осуществлены при комнатной температуре, чтобы проверить, наблюдается ли деградация емкости или ESR. Результаты представлены на рис. 1–6. На рис. 1 и 2 показаны изменения электрических параметров (емкости и ESR) со временем для компонентов, тестируемых при 200 °C и различных уровнях напряжения от 33 до 60 % от Uном. Никаких заметных изменений емкости и ESR не наблюдалось при этих условиях в течение 2000 ч. Результаты тестирования при 230 °C и приложенном напряжении от 0 до 50 % Uном представлены на рис. 3 и 4. Никаких изменений емкости не наблюдалось при измерениях до 33 % Uном в течение 1000 ч. Небольшое уменьшение емкости было отмечено для компонентов при 40–50 % Uном, но изменения были меньше, чем допустимый разброс номиналов. ESR при 230 °C оставался стабильным при нулевом приложенном напряжении. Для компонентов, к которым прикладывалось напряжение, ESR начинало расти после 500 ч, и рост был пропорционален приложенному напряжению. В худшем случае ESR выросло на 90 % при работе при 0,5 Uном и температуре 230 °C в течение 1000 ч. Ток утечки для режима работы 230 °C и 0,5 Uном, измеренный в горячих условиях (рис. 5) или при комнатной температуре (рис. 6) демонстрирует похожую картину: распределение значенийтоков утечки более плотное и их значение уменьшается после 500 ч работы, затем значение тока утечки начинает расти. Снижение тока утечки в первоначальный период может быть объяснено ускоренным старением конденсатора, а последующий рост происходит вследствие структурных изменений диэлектрика при заданных условиях теста.

Комментарий специалиста

Белобрагин Евгений, инженер по внедрению PT Electronics, evgeniy.belobragin@ptelectronics. ru

Компания AVX в очередной раз доказывает, что на рынке пассивных компонентов, особенно в тех сегментах, где предъявляются весьма специфические требования к компонентам, она является одним из первопроходцев и безоговорочных лидеров. Не секрет, что легкодоступной нефти на земле практически не осталось, а бурение глубинных пластов требует от оборудования работы в очень жестких температурных условиях. Нефтяники требуют 200 градусов как минимум и хотя бы 1000 часов наработки на отказ. Инженеры компании AVX приняли вызов и создали компонент, который «с запасом» перекрывает текущие требования и позволяет удовлетворить перспективные. Давно известная технология диоксидмарганцевых танталовых конденсаторов по сути родилась заново для применений, которые её первоначальным изобретателям и в страшном сне бы не привиделись. Успех применения старой технологии на новый лад в очередной раз доказывает, что техника, как и история, часто циклична и практически не бывает технических изобретений, которые устаревают окончательно и бесповоротно.

Анализ компонентов после теста при 230 °C и продление тестирования до полной потери емкости привели к выявлению причин отказа. Феномен уменьшения емкости напрямую связан с изменением проводимости в материале катода — диоксиде марганца. На рис. 7 и 8 представлены фотографии с электронного микроскопа. На рис. 7 показан высокий контраст с острыми углами, иллюстрирующий высокую проводимость диоксида марганца. На рис. 8 видны размытия, наблюдаемые после проведения испытаний на срок службы и подтверждающие меньшую проводимость диоксида марганца. Механизм деградации проводимости и морфологические изменения могут быть объяснены химическими изменениями в диоксидмарганцевом катоде, возникающими с ростом температуры. Потери атомов кислорода приводят к образованию непроводящих оксидов марганца (таких как Mn3O4). Термическое разложение диоксида марганца хорошо описано в литературе, но из проведенных испытаний герметичных конденсаторов очевидно, что напряжение, подаваемое при повышенных температурах, является основным фактором, стимулирующим разложение.

Выводы

Тест продолжительности работы, осуществленный с новыми герметично запечатанными танталовыми SMD-конденсаторами, показал хорошую стабильность при 200 °C и напряжении до 60 % Uном. Тест при 230 °C показал великолепную стабильность при отсутствии приложенного напряжения. Очень хорошая стабильность была получена при напряжении до 33 % Uном; дальнейшее увеличение напряжения привело к увеличению ESR и некоторому уменьшению емкости после 500 ч. Ток утечки (DCL) также начал увеличиваться после 500 ч. Потенциальный механизм износа был определен на основе анализа фотографий с электронного микроскопа как результат химических и морфологических изменений диоксидмарганцевого катода, индуцированный поданным напряжением смещения при повышенных температурах. Исследование, приведенное в статье, описывает еще не опубликованный новый механизм износа твердотельных оксидмарганцевых танталовых конденсаторов в применениях с рабочими температурами выше 200 °C, что может ограничивать срок службы даже в герметично запечатанном корпусе. Тем не менее ключевое требование конечных пользователей по непрерывной стабильной и надежной работе в течение 1000 ч при температуре 230 °C может быть обеспечено при рабочем напряжении до 50 % Uном (50 % derating). Как было показано, 100-мкФ/35-В конденсатор, работающий при 17,5 В, способен обеспечить хорошую стабильность при эксплуатации до 1000 ч при 230°C, с конечным значением ESR не более 100 мОм. Это представляет лучшую в классе эффективность работы для столь большого номинала емкости в компактном и стабильном конденсаторном SMD-устройстве, что открывает новую страницу в истории разработки приложений для температур 230 °C.

Осторожно — коварный тантал — Записки технаря

                                                      Осторожно  — коварный  тантал.

Недавно мне пришлось в очередной раз столкнуться с проблемой танталовых электролитических конденсаторов.  Напомню, если кто не в курсе, чем они отличаются от привычных бытовых алюминиевых электролитов. Прежде всего, рабочим температурным диапазоном, меньшими токами утечки и меньшими диэлектрическими потерями. Например,  алюминиевые электролиты могут работать до  -40 по Цельсию  (и то не все ),  а  танталовые выдерживают -60 при незначительном уменьшении емкости (до 5%).   Поэтому  они широко использовались  в советской военной технике.  Но почему их не применяли везде, где только можно? Ответ простой – цена.  Танталовый электролитический конденсатор  стоит раз в 10 дороже обычного алюминиевого. Ведь тантал все- таки редкоземельный металл, кроме того конструкция корпуса другая,  более надежная и устойчивая к внешним воздействиям. Современные старатели  с удовольствием их скупают в любых количествах и не только из-за тантала. Некоторые типы  старых советских конденсаторов ( например К52-1) изготавливались в корпусах из серебряного сплава с содержанием серебра до 90%. В Советском союзе на нужды обороны ресурсов не жалели.

 Невольно вспоминается такая история, которая приписывается авиаконструктору Микояну. Когда на вооружение стал поступать перехватчики  МиГ-25 со скоростью полета до 3000 км/час,  то участились жалобы жен летчиков и технического состава на то, что мужья спиваются  из-за огромного количества неучтённого  спирта, который ухитрялись сливать после полетов  из  систем охлаждения самолета.  Все просто —  полет происходил не всегда на максимальных скоростях,  и летчики попросту не включали  системы охлаждения, а списывался спирт всегда по полной.  Почему нельзя  заменить охлаждающую жидкость на другую?  – жаловались в политотделы  возмущенные жены. Этот скандал докатился до генерального конструктора самолета Микояна.  На что он  ответил  – если для пользы дела туда будет нужно лить армянский коньяк, то мы будем так и поступать,  а жены пусть лучше смотрят за своими мужьями.

   По моим наблюдениям,  танталовые конденсаторы типов ЭТО и К52-1 лет 15-20 не меняют своих свойств. Но время  берет своё,  и тут начинается самое неприятное. Если обычный алюминиевый конденсатор при старении может просто потерять емкость, или  увеличится утечка, отгниют выводы,   максимум — загадит вытекшим электролитом плату наконец. На большие неприятности были способны только старые советские конденсаторы К50-6  , которые могли взорваться при перепутывании  полярности включения.  На современных алюминиевых конденсаторах есть специальные насечки, по которым корпус конденсатора надрывается при повышении давления внутри и взрыва не происходит.  Как правило,  устройство  после этого просто перестаёт работать, то в  танталовых конденсаторах,  без  видимых на то  причин возникает внутреннее  короткое замыкание. Причин этих я  не знаю, может со временем разбухает танталовый пористый цилиндрик и при этом касается стенок корпуса,  может  возникают какие-нибудь  проводящие мостики из-за диффузии.   Некоторые источники утверждают, что при переходе оксида тантала из аморфной стадии в кристаллическую  его сопротивление резко уменьшается. Но есть довольно большая печальная статистика, что со временем больше половины конденсаторов самопроизвольно закорачиваются.  Последствия нетрудно предугадать, так как основное назначение электролитических конденсаторов  – это  использование в  блоках  питания и развязывающих фильтрах.  Есть, правда,  некоторые «разработчики», которые используют электролитические конденсаторы во времязадающих цепях,  но,    это    считается  дурным тоном.

Недавно у меня произошел очередной отказ, виновником которого стал старый танталовый конденсатор.  Недавно приобрел  я советский  УКВ радиоприемник для радиоразведки  Р313М2, который давно хотел иметь в своей коллекции.  Продавца я знаю не первый год, человек  порядочный,  никогда меня не обманывал и не подводил .  Приемник анонсировался как рабочий.  И вот приношу  я сей аппарат домой, включаю, и тишина…   Никакой реакции на органы управления.  Взгляд на  внешний блок питания  — КЗ.  А у меня за годы  работы с техникой выработалось правило – там,  где это  возможно всегда использовать ограничение тока или защиту по току.  Поэтому  перед первым выключением на внешнем  блоке питания я выставил ограничение тока в 2А.  А в приемнике на входе стоит компенсационный  стабилизатор напряжения на 10в с  проходным транзистором  П210 установленным  на лицевой панели приемника .   Этот  стабилизатор питает  двухтактный преобразователь напряжения для  получения необходимых напряжений питания  всех  узлов приемника.  Я подумал, что не хватает  тока для запуска преобразователя, и  увеличил ток  защиты до 5 А.   Больший ток  мой блок питания выдать не может.  Результат  тот же. Тогда я понял, что есть неисправность в блоке питания приемника .  Фрагмент   схемы приемника, где изображен  блок питания:

 BP_R313M2.JPG   201,47К   Количество загрузок: 5

 Блок питания конструктивно  установлен в приемнике на разъеме и легко  извлекается после откручивания четырех винтов. Отрадно , что старичок  П210А (ПП34) выдержал пятиамперные издевательства с моей стороны и даже не нагрелся. После недолгих манипуляций с  тестером,  была найдена точка короткого замыкания,  и как оказалось,  виновником оказался конденсатор  С206 (указан на схеме красной стрелкой).  Это был электролитический конденсатор типа ЭТО-2   на 400 мкФ 15В. И стоит он как раз в цепи фильтрации напряжения,  питающего импульсный двухтактный преобразователь.     До него было относительно трудно добраться,  но, наконец,  он был извлечен на белый свет: 

 Фото-0727.jpg   168,68К   Количество загрузок: 3

Вынимать конденсатор из  платы было тоже нелегко, так как он был намертво приклеен к плате эпоксидной смолой

 Фото-0729.jpg   226,34К   Количество загрузок: 0

Я обратил внимание, что адгезия (сила сцепления )  краски конденсатора со смолой была выше, чем с корпусом самого конденсатора:

 Фото-0730.jpg   179,41К   Количество загрузок: 2

И еще было видно, что из конденсатора  потек электролит, и запачкал весь отсек:

 Фото-0728.jpg   215,48К   Количество загрузок: 2

Это фото сделано уже после того, как отсек был очищен от загрязнения.  Можно  представить , что я увидел сразу после извлечения платы. При измерении сопротивления конденсатора  я увидел следующее:

 Фото-0734.jpg   360,32К   Количество загрузок: 4

  Комментарии,  как говорится,  излишни. Пробит наглухо.

Конденсаторов  ЭТО-2 у меня уже давно нет, было решено поставить связку из трех штук более современных,  и соответственно более свежих танталов к52-1   на 100мкФ 35В. В сумме получилось 300 мкФ, но в данном случае это совершенно допустимо. Так как у родного конденсатора  400 мкФ был допуск +-20%,  а  нижняя граница допуска  соответствует 320мкФ.

Так как современным надписям на деталях доверять нежелательно связка конденсаторов  была проверена на китайском тестере Т4:

 Фото-0737.jpg   208,56К   Количество загрузок: 4

Результаты измерений меня удовлетворили,  показатель утечки в 0,4%  очень хороший .  Для сравнения у подавляющего количества современных  новых алюминиевых электролитов этот показатель колеблется от 1%  до  2,5%.  Конденсаторы были изготовлены в декабре 2006 г  следовательно еще лет десять есть в запасе,  а там видно будет.  После установки  новых конденсаторов  в  плату приемника  она приобрела следующий вид:

 Фото-0744.jpg   261,57К   Количество загрузок: 9

После окончательной сборки приемник ожил,  и  устойчиво заработал на всех диапазонах.       Вот так выглядит приемник во включенном состоянии: 

 Р313М2.jpg   267,35К   Количество загрузок: 10

Фото Алексея Игонина,  у  моего  Р313М2  внешний вид похуже.

Хочу отметить одну особенность применения танталовых конденсаторов в импульсных блоках питания .  ВСЕГДА надо брать двукратный  или более запас  по напряжению и избегать больших номиналов ёмкости в одном конденсаторе .  Лучше включить параллельно несколько конденсаторов меньшей емкости.  Если источник питания,  к примеру,  на 12В то на выходе тантал надо ставить на 25В,  а не на 16В как может показаться вначале.  Проверено.  Особенно это касается  современных SMD конденсаторов.  У них огромное разнообразие типов, причем тип как правило пишется только на сопроводительной таре.  Поэтому может оказаться,  что Вы ставите в схему конденсатор, который не рассчитан на Ваши условия эксплуатации.   У   меня лет десять тому назад был очень неприятный случай,  когда после монтажников ко мне попали на первое включение блоки питания бортовой аппаратуры  специального назначения и все танталы при первом включении начали буквально гореть синим пламенем.  Молодые ребята — настройщики  за соседними столами в лаборатории  начали  хихикать,  мол  Акелла  промахнулся,  я  вначале запаниковал,  начал грешить на монтажников, но они запаяли  все правильно  – полярность  и номиналы не перепутали,   потом начал разбираться и наткнулся  в сети на англоязычное руководство по применению SMD  танталовых конденсаторов  фирмы AVX .  Там было написано, что в случае применения конденсаторов при  импульсной нагрузке,  необходимо руководствоваться графиком  допустимого рабочего напряжения конденсатора и реального напряжения в схеме.  Причем для разной ёмкости  и типов конденсаторов графики разные.  А еще лучше применять конденсаторы определённого типа.  В вышеописанном  примере вместо конденсаторов типа TPS  фирмы AVX,  были установлены конденсаторы TAJ того же производителя.  Конденсаторы TPS   при  одинаковом  рабочем напряжении имеют в два раза большие габариты  по высоте и  соответственно большую стоимость,  но зато  предназначены для  работы при импульсных нагрузках.  Ну а разработчик, то ли не знал этого,  то ли решил сэкономить …  Хорошо,  что возгорание случилось при первом включении,  а если бы у заказчика в самый неподходящий момент?

 Объясняют это явление (синее пламя) некоторые  авторы тем,  что у  танталов малые величины эквивалентного последовательного сопротивления   и при  быстрой перезарядке конденсатора возникают огромные пиковые токи  внутри  конденсатора,   которые и приводят к возгоранию. Бороться с этим  явлением предлагают путем последовательного включения с конденсатором  резистора  сопротивлением 0,1-0,5 Ом для уменьшения пиковых токов.  Но это умышленное увеличение ESR, что не совсем правильно (за что боролись  ? ).   Тут,  по моему мнению,  должен быть компромисс между емкостью, стоимостью и габаритами.  Ну и, конечно, надо правильно подбирать тип конденсатора, согласно справочным  данным, а не ставить первый попавшийся.  Танталовые емкости   вольного обращения не прощают.

Владимир Семенов       11.02.2019

Что можно приготовить из кальмаров: быстро и вкусно

Конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд. В зависимости от назначения и конструкции конденсаторы делятся на ряд видов.В статье рассмотрим основные электрические параметры конденсаторов.

Электрические параметры конденсаторов

Основные характеристики и единицы их измерения приведены в таблице

Фарада – физическая величина, названная в честь английского физика Майкла Фарадея. Она слишком велика для использования в электротехнике. На практике емкость измеряют в микрофарадах (1мкФ = 10 -6 Ф), нанофарадах (1нФ = 10 -9 Ф) или пикофарадах (1пФ=10 -12 Ф)

При нанесении величины емкости на корпус конденсатора для обозначения «нФ» дополнительно используют символы «nF», «пФ» — «рФ», а микрофараду обозначают сокращением «мкФ» или «μФ».

Емкость конденсаторов не может принимать произвольные значения. Они унифицированы и выбираются из стандартных рядов емкостей.

Допустимое отклонение емкости указывает, с какой точностью изготовлен конденсатор. Она указывает, в каком допустимом диапазоне может находиться величина емкости в процентах от номинала. Для измерительных устройств этот параметр выбирается как можно меньшим.

Номинальное напряжение – это напряжение, которое выдерживают обкладки конденсатора длительное время. При превышении этого параметра конденсатор выйдет из строя. Для переменного тока руководствуются не действующим, а амплитудным значением напряжения. Например, при выборе конденсатора для пуска электродвигателя на номинальное напряжение 380 В нужно использовать конденсатор на рабочее напряжение U>380∙√2=537, то есть, на 600 В.

Температурная стабильность характеризует диапазон, в котором изменяется емкость при изменении температуры окружающей среды. Для устройств, сохраняющих работоспособность в широком диапазоне температур, значение этого параметра выбирается более низким.

Конструктивные исполнения конденсаторов

Конденсаторы, емкость которых не может изменяться, называются конденсаторами постоянной емкости .

Но в некоторых цепях для обеспечения возможности регулировки работы схемы и установки точных параметров ее работы применяются подстроечные конденсаторы . Емкость их изменяется при помощи отвертки.

В отличие от них конденсаторы переменной емкости применяются для выполнения пользовательских регулировок, например, для настройки радиоприемника на нужную волну.

Существуют конденсаторы специального назначения. Например, конденсаторы для защиты от радиопомех и сглаживающих фильтров, располагающихся парами в одном корпусе.

Отдельно выделяются конденсаторы для поверхностного монтажа или . Они технологичны для монтажа на автоматических конвейерных линиях, а размеры позволяют минимизировать габаритные размеры устройств.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика

Воздух в качестве диэлектрика использовался только для конденсаторов переменной емкости старого образца. Чем меньше материал между обкладками конденсатора проводит электрический ток, тем меньших размеров может быть изготовлен этот элемент на то же рабочее напряжение. При использовании определенных материалов можно получить конденсаторы с необходимыми свойствами.

В зависимости от материала диэлектрика между обкладками выпускаются конденсаторы:

Из всего этого перечня самыми распространенными в электротехнике являются бумажные и металлобумажные конденсаторы, использующиеся для схем запуска однофазных двигателей и для компенсации реактивной мощности. Всем известны электролитические конденсаторы, используемые в выпрямителях для сглаживающих фильтров. Их главная особенность – невозможность работы на переменном токе.

При ошибках в полярности подключения электролитических конденсаторов они выходят из строя, иногда – со взрывом. То же произойдет при превышении номинального напряжения электролитического и металлобумажного конденсатора, так как они выпускаются в герметичных корпусах.

Условные обозначения конденсаторов

Электрический конденсатор — один из самых распространених радио элементов, служит он для накопления электроэнергии (заряда). Самый простой конденсатор можно представить в виде двух металлических пластин (обкладок) и диэлектрика который находится между ними.

Когда к конденсатору подключают источник напряжения, то на его обкладках (пластинах) появляются противоположные заряды и возникнет электрическое поле притягивающие их друг к другу, и даже после отключения источника питания, такой заряд остается некоторое время и энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.

В электронных схемах роль конденсатора также может состоять не только в накоплении заряда но и в разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и разных других задачах.
В зависимости от задач и факторов работы, конденсаторы используются очень разных типов и конструкций. Здесь мы рассмотрим наиболее популярные типы конденсаторов.

Конденсаторы алюминиевые электролитические

Керамические однослойные конденсаторы

Керамические многослойные конденсаторы

Например К10-17А или К10-17Б.
В отличии от вышеописанных, состоят уже из нескольких слоев металлических пластин и диэлектрика в виде керамики, что позволяет иметь им большую ёмкость чем у однослойных и может быть порядка нескольких микрофарад, но максимальное напряжение у данного типа все также ограничено 50 вольтами.
Применяются в основном как фильтрующие элементы и могут исправно работать как с постоянным так и с переменным и пульсирующим током.

Керамические высоковольтные конденсаторы

Танталовые конденсаторы

Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода.
По рабочим свойствам танталовые конденсаторы схожи с электролитическими, но рабочее максимальное напряжение ограничено 100 вольтами, а ёмкость как правило не превышает 1000 мкФ.
Но в отличии от электролитических, у данного типа собственная индуктивность намного меньше что дает возможность их использования на высоких частотах, до несколько сотен килогерц.

Полиэстеровые конденсаторы

Полипропиленовые конденсаторы

Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tg? может не превышать 0,001, что позволяет использовать конденсаторы на больших частотах в несколько сотен килогерц и применять их в индукционных обогревателях и пусковых установках асинхронных электродвигателей.

Пусковые конденсаторы (CBB-60) могут иметь ёмкость и до 1000мкф что стает возможным из за особенностей конструкции такого типа конденсаторов. На пластиковый сердечник наматывается металлизированная полипропиленовая пленка, а сверху весь этот рулон покрывается компаундом.

Накопление и преобразование электрической энергии можно отнести к базовым задачам, которые решают вспомогательные элементы радиоаппаратуры. Конденсатор относится к пассивным компонентам и выступает своего рода емкостью для поступающего заряда. Конструкция стандартных устройств предусматривает наличие пластинчатых электродов, которые разделяются тонкими диэлектриками. Более сложные типы конденсаторов могут содержать несколько электродных слоев, формирующих цилиндрическую намотку. Есть и другие отличительные признаки, обуславливающие возможности применения элементов для той или иной аппаратуры.

Назначение конденсаторов

На сегодняшний день едва ли найдется область радиотехники, в которой бы не использовались данные устройства. Наиболее распространены комбинации конденсаторов с резисторами и катушками индуктивности, участвующие в построении электрических цепей. Такие узлы поддерживают функции частотных фильтров, колебательных контуров и линий с обратной связью. Еще одна их распространенная задача — сглаживание пульсаций напряжения, требуемое во вторичных источниках энергоснабжения. В лазерных установках, системах вспышки и магнитных ускорителях электрический конденсатор используется для выдачи разового заряда с большим показателем мощности. И напротив, электротехнические приборы оснащаются данными элементами с целью компенсации реактивной мощностной энергии. Хотя такие элементы нельзя рассматривать в качестве полноценных емкостных накопителей энергии, в некоторых системах они выступают и как носители информации.

Маркировка устройств

Для визуального определения принадлежности конденсатора к той или иной категории используются специальные обозначения. В первую очередь указывается емкостный потенциал, выражаемый микрофарадами (мкФ). Могут применяться и другие единицы измерения, о чем также будет свидетельствовать соответствующая маркировка. Не всегда отмечается тип используемого в конструкции материала — как правило, без маркировки выпускаются керамические и пленочные неполярные модели. В свою очередь, обозначение танталовых конденсаторов соответствует резисторам — за исключением наличия знака µ и цифр 104 или 107. Такие устройства могут иметь оранжевый, желтый или черный цвет. В знаковой маркировке также указываются размерные параметры и емкость. Высоковольтные и электролитические модели помечаются величиной максимального напряжения, а для переменных конденсаторов указывается диапазон емкости.

Основные характеристики

Главным рабочим параметром является емкость, от которой зависит способность конкретной модели накапливать заряд. Следует разделять номинальную и фактическую емкость, так как на практике использования вторая величина может быть меньше. Диапазон значений по объему может варьироваться от 1 до 50 мкФ, а в некоторых случаях максимум достигает и 10 000 мкФ. Важен и показатель энергетической плотности, во многом определяемый конструкцией изделия. Наибольшей плотностью характеризуются крупноформатные типы конденсаторов, у которых масса обкладки с электролитом существенно превышает вес корпуса. К примеру, при емкости в 10 000 мкФ с напряжением в 0,45 кВт и массой порядка 2 кг плотность может достигать 600-800 Дж/кг. Как раз такие модели выгодно использовать для длительного хранения энергии. Помимо этого, рабочие свойства конденсаторов определяются допуском. Речь идет как раз о погрешности в соотношении показателей реальной и номинальной емкости. Данная величина выражается в процентах и в среднем составляет 20-30 %. В некоторых направлениях радиотехники применяются изделия с 1 % допуска.

Керамические конденсаторы

Это устройства, базирующиеся на дисковых керамических элементах с диэлектриками из титаната бария. Такой конденсатор можно использовать в системах с напряжением до 50 000 В, но важно учитывать, что он имеет минимальную температурную стабильность и широкий спектр изменения емкости. Среди достоинств можно отметить небольшие утечки тока, скромные размеры (при большой емкости заряда) и способность работать на высокой частоте. Что касается назначения, то керамические конденсаторы применяются в цепях с пульсирующим, переменным и постоянным током. Чаще всего используют модели емкостью до 0,5 мкФ. В процессе работы конденсатор этого типа хорошо справляется с внешними нагрузками, среди которых механические удары. Нельзя сказать, что керамический корпус отличается большим эксплуатационным сроком и долговечностью, однако в заявленный период технические свойства поддерживает стабильно.

Полиэстеровые модели

На схемах устройства данного типа обозначаются маркировкой K73-17 или CL21. Их оболочку формирует металлизированная пленка, а для корпуса используется эпоксидный компаунд. Как раз наличие этого наполнителя в конструкции делает полиэстеровые конденсаторы устойчивыми к температурным, физическим и химическим воздействиям. Этот набор эксплуатационных качеств обусловил и широкое распространение конденсаторов типа K73-17 в производстве светотехнических приборов. Средняя емкость устройства составляет 15 мкФ при максимальном напряжении порядка 1500 В. Характеристики скромные, но это не мешает применять конденсатор в тех же цепях с импульсным и переменным током. К тому же и низкая стоимость устройства способствует его популярности на радиорынке.

Конденсатор на основе полипропилена

Тоже вариант относительно недорогого накопителя электрического заряда, который при этом отличается низким коэффициентом потерь и высокой диэлектрической прочностью. К плюсам можно отнести и оптимальную гигроскопичность. То есть один из главных врагов радиоэлементов в виде влажности полипропиленовым конденсаторам не страшен. В качестве изоляторов применяется металлизированная пленка или полоски фольги. В новейших версиях используют и технологию самовосстанавливающейся оболочки, что повышает надежность и долговечность конденсатора.

Устройство может работать на повышенных частотах с сохранением достаточной мощности. Это качество позволяет использовать конденсаторы в системах индукционного обогрева, дополненных водяным охлаждением. Распространено и применение таких элементов в оснастке электромоторов на 220 В. В данном случае они выступают как пусковые компоненты. Эту функцию лучше всего реализуют модели с рабочей емкостью в диапазоне 1-100 мкФ и напряжением в 440 В. Но и это не единственные накопители на синтетической основе. Какие бывают конденсаторы из термопластиков? Внимания заслуживают полисульфоновые и поликарбонатные элементы. Первые отличаются низким влагопоглощением и способностью поддерживать высокое напряжение при температурных перепадах, а вторые в процессе работы демонстрируют оптимальную электротехническую стабильность.

Танталовые конденсаторы

Основу устройства формирует пентоксид тантала с оксидным электролитическим наполнением. Конденсатор отличается высоким отношением емкости к объему, широким спектром поддерживаемых температур и компактностью. Используют такие компоненты в мелком приборостроении, компьютерах и другой вычислительной технике. В этом семействе можно выделить следующие типы конденсаторов: полярные и неполярные, твердотельные, жидкостные. Наиболее привлекательные по эксплуатационным качествам именно твердотельные устройства, так как они характеризуются способностью поддерживать большое напряжение. Однако в условиях критического превышения допустимой величины тока они могут выходить из строя. Емкость танталовых моделей составляет 1000 мкФ, но по сравнению с электролитическими аналогами их собственная индуктивность гораздо ниже, что допускает возможность применения элемента на высоких частотах.

Особенности высоковольтных моделей

Элементы такого типа могут применяться в системах с высокими показателями напряжения, достигающими 15 000 В. При этом емкость у высоковольтных конденсаторов небольшая — порядка 50-100 нФ. В качестве диэлектрического материала чаще используется керамика. Благодаря этой основе выдерживаются большие нагрузки напряжения, а корпус защищает начинку от пробоев пластин.

Распространены и стеклянные вакуумные изделия, также поддерживающие напряжение более 10 000 В. Они представляют собой колбы с концентрическими электродами, в процессе работы обеспечивающими небольшие частотные потери. Применяют высоковольтные конденсаторы такого типа для решения ответственных радиочастотных задач с индуктивным нагревом. Но стоят такие компоненты дороже, отличаются хрупкостью и большими размерами.

Многослойные и однослойные конструкции

Обычно данную классификацию применяют в отношении конденсаторов, выполненных из керамики. Так, однослойные конденсаторы (дисковые) имеют простое устройство, но это не сказывается на уменьшении размеров. В большинстве случаев они массивнее, чем многослойные аналоги. В итоге увеличивается емкость устройства, но крупные размеры все же ограничивают их распространение в отдельных областях.

Что касается многослойных элементов, то они по эксплуатационным качествам в целом схожи с дисковыми, но потенциал накопителей еще выше. Также существенное преимущество заключается в надежности и долговечности. Форм-фактор, в котором выполняются многослойные конденсаторы, делает их менее чувствительными к агрессивным средам, что расширяет область применения. Такие компоненты преимущественно используют в дорогой профессиональной аппаратуре.

Масляные конденсаторы с пропитками

Это отдельная группа радиотехнических элементов, в основе которых находятся бумажные наполнители. Они обрабатываются специальными растворами наподобие воска и эпоксидных смол. Какие бывают конденсаторы масляного типа? Принципиально отличаются модели для постоянного и переменного тока. Первые используются в целях частотной фильтрации, повышения напряжения и устранения электрической дуги. Конденсаторы на масляной пропитке для систем с переменным током применяют в промышленности. Такое устройство располагает большой емкостью и может справляться с большими пиковыми нагрузками. Как правило, его используют в качестве пускового компонента для электромоторов. К дополнительным функциям можно отнести разделение фаз, коррекцию мощности и выравнивание напряжения.

Негативные факторы применения конденсаторов

Одной из главных проблем использования конденсаторов является высокая вероятность взрыва при перегревах, которые происходят из-за больших утечек. Также повысить риск поломки элемента могут близко расположенные радиаторы с высоким тепловым излучением. Какие типы конденсаторов наиболее подвержены взрывам? Чаще всего это происходит с электролитическими устройствами, обеспеченными ненадежными корпусами. Оптимизация конструкции с целью уменьшения размеров изделия заставляет производителей использовать тонкие оболочки, поэтому может иметь место разлет частей конденсатора и разбрызгивание электролита при сильном перегреве или в условиях повышенного внутреннего давления.

Заключение

И простейшие однослойные, и многослойные высоковольтные модели конденсаторов выполняют важные для радиоаппаратуры задачи. Как минимум они корректируют параметры тока, что при схожих размерах не может обеспечить ни один другой технический компонент. В то же время электрический конденсатор вовсе не является идеальным решением, что обуславливает постоянные поиски новых форматов его исполнения. Производители сложной аппаратуры экспериментируют с конструкциями, наполнителями и физическими свойствами, стараясь предлагать оптимальные потребительские качества данного устройства. Среди наиболее важных целевых параметров в этом плане можно назвать устойчивость конденсатора к нагрузкам, широкие рабочие диапазоны, минимальное радиационное воздействие и высокий срок службы.

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через

Все виды конденсаторов имеют одинаковое основное устройство, оно состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), на которых концентрируются электрические заряды противоположных полюсов, и слоя изоляционного материала между ними.

Применяемые материалы и величина обкладок с разными параметрами слоя диэлектрика влияют на свойства конденсатора.

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

• Общего назначения . Это популярный вид конденсаторов, которые используют в электронике. К ним не предъявляются особые требования.
• Специальные . Такие конденсаторы обладают повышенной надежностью при заданном напряжении и других параметров при запуске электродвигателей и специального оборудования.

• Постоянной емкости . Не имеют возможности изменения емкости.
• Переменной емкости . Они могут изменять значение емкости при воздействии на них температуры, напряжения, регулировки положения обкладок. К конденсаторам переменной емкости относятся:
  Подстроечные конденсаторы не предназначены для постоянной работы, связанной с быстрой настройкой емкости. Они служат только для одноразовой наладки оборудования и периодической подстройки емкости.
  Нелинейные конденсаторы изменяют свою емкость от воздействия температуры и напряжения по нелинейному графику. Конденсаторы, емкость которых зависит от напряжения, называются варикондами , от температуры – термоконденсаторами .

• Незащищенные работают в обычных условиях, не имеют никакой защиты.
• Защищенные конденсаторы выполнены в защищенном корпусе, поэтому могут работать при высокой влажности.
• Неизолированные имеют открытый корпус и не имеют изоляции от возможного соприкосновения с различными элементами схемы.
• Изолированные конденсаторы выполнены в закрытом корпусе.
• Уплотненные имеют корпус, заполненный специальными материалами.
• Герметизированные имеют герметичный корпус, полностью изолированы от внешней среды.

• Навесные делятся на несколько видов с;
  — ленточными выводами;
  — опорным винтом;
  — круглыми электродами;
  — радиальными или аксиальными выводами.
• Конденсаторы с винтовыми выводами оснащены резьбой для соединения со схемой, применяются в силовых цепях. Подобные выводы проще фиксировать на охлаждающих радиаторах для снижения тепловых нагрузок.
• Конденсаторы с защелкивающимися выводами являются новой разработкой, при монтаже на плату они защелкиваются. Это очень удобно, так как нет необходимости использовать пайку.
• Конденсаторы, предназначенные для поверхностной установки , имеют особенность конструкции: части корпуса являются выводами.
• Емкости для печатной установки изготавливают с круглыми выводами для расположения на плате.

Сопротивление изоляции между пластинами зависит от параметров изоляционного материала. Также от этого зависят допустимые потери и другие параметры. Рассмотрим виды конденсаторов, которые имеют различные материалы диэлектрика.

• Конденсаторы с неорганическим изолятором из стеклокерамики, стеклоэмали, слюды. На диэлектрический материал нанесено металлическое напыление или фольга.
• Низкочастотные конденсаторы включают в себя изоляционный материал в виде слабополярных органических пленок, у которых диэлектрические потери зависят от частоты тока.
• Высокочастотные модели содержат пленки из фторопласта и полистирола.
• Импульсные модели высокого напряжения имеют изолятор из комбинированных материалов.
• В конденсаторах постоянного напряжени я в качестве диэлектрика используется политетрафторэлитен, бумага, либо комбинированный материал.
• Низковольтные модели работают при напряжении до 1,6 кВ.
• Высоковольтные модели функционируют при напряжении свыше 1,6 кВ.
• Дозиметрические конденсаторы служат для работы с малым током, имеют незначительный саморазряд и большое сопротивление изоляции.
• Помехоподавляющие емкости уменьшают помехи, возникающие от электромагнитного поля, имеют низкую индуктивность.
• Емкости с органическим изолятором выполнены с применением конденсаторной бумаги и различных пленок.
• Вакуумные, воздушные, газонаполненные конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями, поэтому их применяют в аппаратуре с высокой частотой .

• Сферические.
• Плоские.
• Цилиндрические.

• Электролитические конденсаторы называют оксидными. При их подключении обязательным является соблюдение полярности выводов. Электролитические конденсаторы содержат диэлектрик, состоящий из оксидного слоя, образованный электрохимическим способом на аноде из тантала или алюминия. Катодом является электролит в жидком или гелеобразном виде.
• Неполярные конденсаторы могут включаться в схему без соблюдения полярности.

Рассмотренные выше виды конденсаторов далеко не все имеют большую популярность. Поэтому подробнее рассмотрим конструктивные особенности наиболее применяемых видов конденсаторов.

В качестве диэлектрика используется воздух. Такие виды конденсаторов хорошо зарекомендовали себя при работе на высокой частоте, в качестве настроечных конденсаторов с изменяемой емкостью. Подвижная пластина конденсатора является ротором, а неподвижную называют статором. При смещении пластин друг относительно друга, изменяется общая площадь пересечения этих пластин и емкость конденсатора. Раньше такие конденсаторы были очень популярны в радиоприемниках для настраивания радиостанций.

Такие конденсаторы изготавливают в виде одной или нескольких пластин, выполненных из специальной керамики. Металлические обкладки изготавливают путем напыления слоя металла на керамическую пластину, затем соединяют с выводами. Материал керамики может применяться с различными свойствами.

Их разнообразие обуславливается широким интервалом диэлектрической проницаемости. Она может достигать нескольких десятков тысяч фарад на метр, и имеется только у такого вида емкостей. Такая особенность керамических емкостей позволяет создавать большие значения емкостей, которые сопоставимы с электролитическими конденсаторами, но для них не важна полярность подключения.

Керамика имеет нелинейную сложную зависимость свойств от напряжения, частоты и температуры. Из-за небольшого размера корпуса эти виды конденсаторов применяются в компактных устройствах.

В таких моделях в качестве диэлектрика выступает пластиковая пленка: поликарбонат, полипропилен или полиэстер.

Обкладки конденсатора напыляют или выполняют в виде фольги. Новым материалом служит полифениленсульфид.

• Применяются для резонансных цепей.
• Наименьший ток утечки.
• Малая емкость.
• Высокая прочность.
• Выдерживают большой ток.
• Устойчивы к электрическому пробою (выдерживают большое напряжение).
• Наибольшая эксплуатационная температура до 125 градусов.

Эти модели имеют отличие от электролитических емкостей наличием полимерного материала, вместо оксидной пленки между обкладками. Они не подвергаются утечке заряда и раздуванию.

Параметры полимера обеспечивают значительный импульсный ток, постоянный температурный коэффициент, малое сопротивление. Полимерные модели способны заменить электролитические модели в фильтрах импульсных источников и других устройствах.

От бумажных моделей электролитические конденсаторы отличаются материалом диэлектрика, которым является оксид металла, созданный электрохимическим методом на плюсовой обкладке.

Вторая пластина выполнена из сухого или жидкого электролита. Электроды обычно выполнены из тантала или алюминия. Все электролитические емкости считаются поляризованными, и способны нормально работать только на постоянном напряжении при определенной полярности.

Если не соблюдать полярность, то может произойти необратимый химический процесс внутри емкости, которая приведет к выходу его из строя, или даже взрыву, так как будет выделяться газ.

К электролитическим можно отнести суперконденсаторы, которые называют ионисторами. Они обладают очень большой емкостью, достигающей тысячи Фарад.

Устройство танталовых электролитов имеет особенность в электроде из тантала. Диэлектрик состоит из пентаоксида тантала.

• Незначительный ток утечки, в отличие от алюминиевых видов.
• Малые размеры.
• Невосприимчивость к внешним воздействиям.
• Малое активное сопротивление.
• Высокая чувствительность при ошибочном подключении полюсов.

Положительным выводом является электрод из алюминия. В качестве диэлектрика использован триоксид алюминия. Они применяются в импульсных блоках и являются выходным фильтром.

• Большая емкость.
• Корректная работа только на низких частотах.
• Повышенное соотношение емкости и размера: конденсаторы других видов при одной емкости имели бы большие размеры.
• Большая утечка тока.
• Низкая индуктивность.

Диэлектриком между фольгированными пластинами служит особая конденсаторная бумага. В электронных устройствах бумажные виды конденсаторов обычно работают в цепях высокой и низкой частоты.

Металлобумажные конденсаторы обладают герметичностью, высокой удельной емкостью, качественной электрической изоляцией. В их конструкции применяется вакуумное металлическое напыление на бумажный диэлектрик, вместо фольги.

Бумажные конденсаторы не обладают высокой механической прочностью. В связи с этим его внутренности располагают в металлическом корпусе, который защищает его устройство.

AVX Corporation — Обзор танталовых конденсаторов

Рекламная статья

Автор: Марк Патрик | Менеджер по техническому маркетингу | Mouser Electronics

30 апреля 2020 г.

В современном мире электроники наблюдается множество тенденций и динамики, но одна из самых распространенных — это получение большего от чего-то в ограниченном пространстве.

Есть много примеров этого — например, доступ к большему объему вычислений / обработки или хранения данных, или, возможно, повышение уровней плотности мощности.И, как сообщает нам Марк Патрик, менеджер по техническому маркетингу компании Mouser Electronics, та же основная тенденция применяется к пассивным компонентам: способность обеспечивать большую емкость в меньшем объеме является одной из ключевых причин того, что танталовые конденсаторы изначально появились и были имело решающее значение для их невероятной популярности.

Что такое танталовый конденсатор?

Танталовые конденсаторы — это в основном электролитические конденсаторы, хотя и очень специфического типа. Когда большинство людей думают об электролитических конденсаторах, они думают об очень распространенных алюминиевых электролитах, которые обычно имеют цилиндрическую форму.Танталовые конденсаторы имеют схожую внутреннюю конструкцию и обладают некоторыми характеристиками, присущими алюминиевым электролитам, но обладают совсем другими характеристиками.

Основным преимуществом танталовых конденсаторов является то, что они обеспечивают высокий уровень емкости при заданном объеме и весе, что является значительным преимуществом для разработчиков современных систем, поскольку они почти всегда ограничены в пространстве. Танталовые конденсаторы также обычно имеют более низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), что особенно полезно в силовых приложениях, где ESR приравнивается к нежелательным потерям и снижению эффективности.Танталовые конденсаторы также могут работать при более высоких температурах. Это еще одна полезная характеристика для современных систем, которые часто плотно упакованы и имеют относительно небольшое охлаждение.

Конструкция, материалы и типы

Танталовые конденсаторы, являясь электролитическими компонентами, поляризованы и состоят из анода и катода, а также электролита. Анод формируется из очень маленькой гранулы танталового материала, который измельчается в мелкий порошок и спекается при высоких температурах.В результате он имеет очень пористую структуру с большой площадью поверхности, что приводит к высоким значениям емкости. Анод покрыт очень тонким изолирующим оксидным слоем благодаря тщательно контролируемому процессу анодирования. Этот оксид действует как диэлектрик между анодом и проводящим катодом. Поскольку диэлектрик очень тонкий, в относительно небольшом объеме можно создать высокую емкость. Оксид также очень стабилен во времени и при различных рабочих частотах.

Для танталовых конденсаторов мокрого типа окисленный анод просто помещается в жидкий электролит.Электролит для твердых танталовых конденсаторов добавляется с использованием процесса, известного как пиролиз, при котором анод погружается в раствор, а затем обжигается с образованием покрытия из диоксида марганца (MnO2), которое, наконец, погружается в графит и серебро, чтобы обеспечить хорошее соединение с катод.

Танталовые конденсаторы часто связаны с небольшими компонентами с эпоксидным покрытием, имеющими два вывода. Это были оригинальные танталовые конденсаторы, часто яркие по цвету — с указанием их номиналов и важной информации о полярности, напечатанной непосредственно на эпоксидной смоле.Благодаря своей уникальной форме они получили прозвище «танталовые бусины». Когда-то почти все конденсаторы были свинцовыми, и одной из основных проблем было то, что популярные алюминиевые электролиты боролись с температурами, связанными с оплавлением поверхностного монтажа. Следовательно, танталовые конденсаторы стали наиболее распространенным выбором, когда возникла потребность в экономичном, дорогостоящем конденсаторе в небольшом корпусе.

Следует отметить, что тантал является одним из четырех минералов (наряду с вольфрамом, оловом и золотом), подпадающих под действие международных правил, касающихся конфликтных минералов.Все производители продуктов Mouser, содержащих эти минералы, соблюдают соответствующее законодательство, а подробные заявления доступны на веб-сайте Mouser.

Рекомендации по проектированию с танталом

Несмотря на то, что танталовые конденсаторы обладают рядом преимуществ, они являются довольно чувствительными компонентами с рядом режимов отказа, которые потенциально могут уловить неосторожных. Очень тонкий оксидный диэлектрический слой, который дает им многие из их ключевых преимуществ, не отличается особой прочностью, и инженеры-конструкторы должны соблюдать пределы спецификации.

Как поляризованные устройства, они должны быть правильно ориентированы на печатной плате. Раньше это было более сложной задачей, когда использовались методы ручной сборки, когда ошибки слишком часто приводили к отказу во время тестирования. Автоматизированные производственные процессы, связанные с устройствами для поверхностного монтажа, означают, что ошибки такого рода сейчас чрезвычайно редки.

Танталовые конденсаторы очень надежны и обеспечивают хорошее обслуживание при условии, что они используются в своих номинальных пределах. Многие руководящие принципы проектирования и стандарты надежности рекомендуют снижение рабочего напряжения на 50%, чтобы обеспечить достаточный запас для предотвращения повреждений, хотя некоторые производители квалифицируют свои продукты как надежные со снижением номинальных значений до 10%.

Использование танталовых конденсаторов

Многие области применения могут извлечь выгоду из способности танталовых конденсаторов обеспечивать высокую емкость при низком токе утечки и долговременной стабильности. Они обычно используются для фильтрации шин питания, особенно в приложениях с ограниченным пространством, таких как смартфоны и планшеты. Они также предназначены для чувствительных аналоговых приложений, где низкий ток утечки позволяет схемам выборки и хранения дольше сохранять уровни сигнала.Их длительная стабильность делает их популярными в медицинских приложениях, а также в качестве высококачественных усилителей звука. Высококачественные твердотельные танталовые конденсаторы иногда используются в военном и другом высоконадежном оборудовании (включая автомобильное), главным образом потому, что они стабильны во времени и не содержат электролита, который мог бы высохнуть, в отличие от алюминиевых электролитов.

Последние тенденции и устройства

Доступно множество танталовых продуктов общего назначения, например тантал-полимерные твердотельные конденсаторы Panasonic POSCAP, которые обеспечивают стабильную емкость при высокой частоте и температуре, а также низкие значения ESR.Существует несколько серий устройств POSCAP, охватывающих диапазон от 3,9 до 1500 мкФ, в корпусах размером от 2,0 мм x 1,25 мм до 7,3 мм x 4,3 мм. Учитывая их высокие частотные характеристики, конденсаторы POSCAP часто используются в высокочастотных цифровых устройствах.

Рисунок 1: Пример серии AVX F9H.

Многие из недавно появившихся на рынке танталовых конденсаторов ориентированы на высоконадежные приложения. С постоянно растущей электрификацией транспортных средств с точки зрения движущей силы, а также с усовершенствованными технологиями в области информационно-развлекательной системы, систем помощи водителю и активации, в этом секторе существует огромный рынок электронных компонентов.Твердотельные танталовые конденсаторы AVX F9H — это высоконадежные устройства, отлитые из пластмассы, которые соответствуют стандарту AEC-Q200. Эти устройства для поверхностного монтажа работают в диапазоне температур от -55 ° C до + 150 ° C при номинальной температуре 105 ° C. Доступны с номинальным напряжением 10 В и 16 В, значения емкости в этой серии находятся в диапазоне от 10 до 47 мкФ. Также от AVX и предназначена для автомобильных приложений серия TCQ. Эти прочные устройства, соответствующие требованиям AEC-Q200, имеют диапазон от 10 до 470 мкФ. Каждый из них оснащен проводящим полимерным электродом, а также обеспечивает безопасный режим отказа при использовании в соответствии с рекомендациями таблицы данных.Они подходят для бортовой электроники, информационно-развлекательной системы и органов управления кабиной.

Рисунок 2: Один из серии T543 от KEMET.

Органические конденсаторы KEMET серии T543 представляют собой компоненты с танталовым анодом и диэлектриком Ta2O5, что приводит к очень низкому ESR (15 мОм), улучшенной емкости на высоких частотах и ​​лучшей в отрасли обработке пульсаций тока. Серия T543, доступная в виде готовых коммерческих продуктов (COTS) с температурным диапазоном от -55 ° C до + 105 ° C, объединяет лучшие характеристики MLCC (низкое ESR) и алюминиевых электролитов (более высокая емкость, безвредный режим отказа) и твердые танталы (объемный КПД, SMD-корпус, длительный срок службы).

Среди самых сложных приложений — буровая промышленность, где данные собираются глубоко под поверхностью на буровой головке. Танталовые конденсаторы MnO2 серии T502 компании KEMET разработаны специально для измерений во время бурения (MWD). Эти высоконадежные устройства рассчитаны на работу в течение 1000 часов при 230 ° C и включают 3-сигма-скрининг на iL, DF и ESR. Литые корпуса изготовлены из уникального высокотемпературного материала, который защищает от экстремальных ударов и вибраций, возникающих при использовании MWD.

Резюме

Танталовые конденсаторы удовлетворяют многие потребности современных электронных устройств, особенно в отношении их объемного КПД — обеспечивая высокие уровни емкости в небольших, простых в обращении корпусах для поверхностного монтажа. Хотя они должны использоваться в пределах рекомендуемых параметров таблицы данных, чтобы избежать сбоев, при правильном снижении параметров они являются высоконадежными устройствами, демонстрирующими исключительную долгосрочную стабильность.

Все чаще танталовые конденсаторы используются в приложениях, требующих жесткой устойчивости к внешним воздействиям, и ведущие производители, такие как AVX и KEMET, имеют продукты, специально разработанные для обеспечения надежного обслуживания в автомобильной, промышленной и скважинной промышленности.

Контактная информация и архив …

Какой тип конденсатора следует использовать? | Блоги

| & nbsp Создано: 7 октября 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 27 января 2021 г.

Конденсаторы

являются одними из основных компонентов всех электронных устройств и жизненно важны для их работы.В современной электронике чаще всего встречаются керамические конденсаторы, разделяющие источники питания почти для каждой интегральной схемы (ИС) на печатной плате, или алюминиевые электролитические конденсаторы в качестве объемной емкости для регулятора напряжения. Однако конденсаторы используются в гораздо большем количестве применений, чем просто для обхода шума, и существует гораздо больше типов конденсаторов, чем только керамические и алюминиевые электролитические.

Конденсаторы используются для:

• Муфта
• Развязка
• Фильтры
• Накопление / поставка энергии
• Согласование импеданса
• Демпферы
• и многие другие приложения

В этой статье мы рассмотрим все типы конденсаторов и их области применения.Хотя мы можем думать о конденсаторах как о стабильной технологии, которая не менялась десятилетиями, реальность такова, что конденсаторы сегодня сильно отличаются от конденсаторов десятилетней давности, не говоря уже о 20-летней давности. Приложения, которые вы никогда не могли себе представить, используя конденсатор определенного типа в прошлом, сегодня вполне разумны с развитием конденсаторной технологии. Напротив, хотя некоторые конденсаторы сегодня могут считаться устаревшими и не имеющими практического применения по сравнению с другими типами конденсаторов, у них все еще есть свои нишевые приложения, в которых они преуспевают.

Хотя все конденсаторы имеют емкость — не все они равны. Емкость — не единственный важный параметр при выборе конденсатора, и каждый тип конденсатора используется в разных приложениях, поэтому иногда сделать правильный выбор — непростая задача. Было бы лучше, если бы вы рассмотрели емкость, максимальное напряжение, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), долговечность, размер, цену, доступность, параметры, которые меняются с температурой, и так далее.Например, при выборе байпасного конденсатора важны параметры ESR и ESL. С другой стороны, при выборе конденсатора для хранения энергии или внезапного изменения нагрузки утечка тока может быть более критичной.

Выбор конденсатора в первую очередь зависит от вашего приложения и бюджетных ограничений. Цена конденсаторов может варьироваться от менее цента до более 100 долларов.

Давайте посмотрим на типы конденсаторов, где они используются и когда один подходит больше, чем другой.

Конденсаторы керамические

— один из самых популярных и распространенных типов конденсаторов. Раньше керамические конденсаторы имели очень низкую емкость, но в настоящее время это не так. Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) широко используются в схемах; их номинальная емкость может достигать сотен микрофарад (мкФ). Современные керамические конденсаторы могут использоваться вместо конденсаторов других типов для устаревшего оборудования / конструкций, таких как электролитические или танталовые, и обеспечивают более высокую производительность при более низкой стоимости.

MLCC имеют керамический диэлектрический корпус, который представляет собой смесь тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов и других компонентов для достижения желаемых параметров. У них есть несколько слоев электродов, которые создают емкость. Керамика спекается при высоких температурах, образуя электрическую и механическую основу конденсатора.

Керамические слои обычно очень тонкие; однако это зависит от номинального напряжения компонента.Чем выше напряжение, тем больше толщина и размер конденсатора при той же емкости. Конденсатор обычно защищен от влаги и других загрязнений тонким покрытием.

Хотя, как и всегда, существуют версии керамических конденсаторов со сквозными отверстиями / выводами, по-настоящему сияют именно конденсаторы для поверхностного монтажа. Интересно, что если сегодня вы разобьете множество керамических конденсаторов со сквозными отверстиями, вы можете обнаружить конденсатор для поверхностного монтажа, прикрепленный к выводам под бусинкой! Объем производства и экономия на масштабе, которую обеспечивает объем для конденсаторов для поверхностного монтажа, удешевляют производителям простую переупаковку компонента для поверхностного монтажа в корпус со сквозными отверстиями.Керамические конденсаторы для поверхностного монтажа могут предложить весьма конкурентоспособные номинальные значения емкости для своего крошечного размера. MLCC — это самые маленькие конденсаторы на рынке с упаковками до 08004 (0201 метрическая система). Без конденсаторов этих крошечных размеров высокопроизводительные платы с высокой плотностью размещения не были бы жизнеспособными.

популярны не только потому, что они компактны с относительно высокой емкостью, но и потому, что они имеют решающее значение для многих приложений, где электролитический тип был бы совершенно непригоден.Керамические конденсаторы, как часто упускается из виду, обычно не загораются и не взрываются, если с ними неправильно обращаться. Они не имеют полярности и могут иметь напряжения, значительно превышающие их номинальные значения, без повреждения самого конденсатора. Напротив, алюминиевые электролитические и особенно танталовые конденсаторы имеют тенденцию превращаться в маленькие ракетные двигатели или взрываться, если к ним приложено даже незначительное обратное напряжение или их номинальные характеристики даже немного превышены.

Другие преимущества:

• Широкий диапазон емкости и напряжения
• Высокая надежность
• Лента и катушка для поверхностного монтажа
• Низкое СОЭ
• High Q на высоких частотах

Несмотря на свои общие преимущества и преимущества, не все керамические конденсаторы одинаковы, и некоторые из них чрезвычайно дешевы, а другие дороги. Параметры конденсатора также зависят от нескольких факторов, например, от типа используемого керамического диэлектрика.Чаще всего используются диэлектрики C0G, NP0, X7R, Y5V и Z5U.

Есть два основных класса керамических конденсаторов:
Класс 1: обеспечивает высокую стабильность и низкие потери для резонансных схем (NP0, P100, N33, N75 и т. Д.).
Class 2: обеспечивает высокую объемную эффективность для приложений буфера, байпаса и сопряжения (X7R, X5R, Y5V, Z5U и т. Д.).

Керамические конденсаторы класса 1

класса 1 обеспечивают высочайшую стабильность и самые низкие потери.Они обладают высокой толерантностью и точностью и более стабильны при изменении напряжения и температуры. Конденсаторы класса 1 подходят для использования в качестве генераторов, фильтров и требовательных аудиоприложений.

Коды допусков для керамических конденсаторов класса 1 приведены ниже:

Первый символ — это буква, обозначающая значащую цифру изменения емкости при изменении температуры в ppm / ° C.Второй символ числовой и обозначает множитель для первого символа. Третий символ — это буква, обозначающая максимальную ошибку в ppm // ° C.

Например, керамика : C0G предлагает один из самых стабильных диэлектриков конденсаторов. Изменение емкости в зависимости от температуры составляет 0 +/- 30 ppm / ° C, что составляет менее +/- 0,3% от номинальной емкости в диапазоне от -55 ° C до + 125 ° C. Дрейфом емкости или гистерезисом для керамики C0G можно пренебречь и составляет менее ± 0,05% по сравнению с ± 2% для пленочных конденсаторов.

Керамический диэлектрик C0G (NP0) обычно имеет «Q», превышающее 1000, и показывает небольшие изменения емкости или «Q» с частотой. В дополнение к этому, диэлектрическое поглощение обычно составляет менее 0,6%; это похоже на слюду, которая известна своим очень низким поглощением. Это делает керамические конденсаторы превосходными для ВЧ-приложений, и обычно вы можете найти керамические конденсаторы, специально разработанные для ВЧ-цепей.

Керамические конденсаторы класса 2

класса 2 имеют гораздо более высокий уровень диэлектрической проницаемости, чем конденсаторы класса 1.Это дает им гораздо более высокий уровень емкости на единицу объема. Однако в качестве компромисса для этой более высокой плотности они имеют более низкую общую точность и стабильность. В дополнение к более низкой точности и стабильности керамические конденсаторы класса 2 также демонстрируют нелинейный температурный коэффициент и емкость, которая в небольшой степени зависит от приложенного напряжения.

Такие конденсаторы идеально подходят для развязки и развязки, где точное значение емкости не критично, но где пространство может быть проблемой.Они также идеально подходят для измерения объемной емкости в схемах, которые имеют быстро меняющиеся нагрузки, но при этом должны иметь компактную площадь основания, например, ИС радиочастотного передатчика / приемопередатчика.

Коды символов для допусков керамических конденсаторов класса 2:

Первый символ — это буква, обозначающая нижнюю границу диапазона рабочих температур.Вторая цифра указывает на верхний предел рабочей температуры. Третий символ — это буква, обозначающая изменение емкости во всем диапазоне рабочих температур.

Одним из наиболее распространенных и популярных керамических диэлектриков класса 2 является X7R, который имеет диапазон температур от -55 ° C до + 125 ° C и изменение емкости ± 15%, что является относительно невысокой стоимостью, но все же имеет относительно хорошие допуски. Конденсаторы Y5V также очень распространены, поскольку емкость или напряжение начинает достигать верхнего края данного корпуса.Он имеет диапазон температур от -30 до + 85 ° C и допуск в диапазоне + 22 / -82%, что по-прежнему подходит для многих требований к развязке или объемной емкости, которые должны быть компактными и экономичными.

Керамические конденсаторы класса 3

Исторически существуют также керамические конденсаторы класса 3, которые обеспечивают высокую емкость на единицу объема. Эти диэлектрики сложно найти все еще в производстве, поскольку современная многослойная керамика класса 2 может предлагать аналогичные или более высокие емкости в сочетании с лучшими характеристиками в более компактном корпусе.

Конденсаторы танталовые

Тантал — это тип электролитического конденсатора, который изготовлен с использованием металлического тантала в качестве анода, покрытого тонким слоем оксида, который действует как диэлектрик. Тантал предлагает очень тонкий диэлектрический слой, что приводит к более высоким значениям емкости на единицу объема.

Танталовые конденсаторы поляризованы, что означает, что их можно использовать только с источником постоянного тока и устанавливать только в правильной ориентации.Танталовый конденсатор, используемый за пределами его номинального напряжения / температуры или с неправильной полярностью, быстро приведет к тепловому выходу из строя, вызывая пожары и даже небольшие взрывы. Их можно смягчить, используя в конструкции элементы безопасности, такие как ограничители тока или плавкие предохранители. Тем не менее, об этом следует помнить при использовании танталовых конденсаторов, близких к их номинальным характеристикам.

По сравнению с керамическими конденсаторами эквивалентное последовательное сопротивление танталового конденсатора относительно велико, обычно на несколько порядков выше.Это делает танталовые конденсаторы плохим выбором для высокочастотных приложений.

Танталовые конденсаторы, как правило, значительно дороже, чем MLCC, поэтому использование танталовых крышек для обычных приложений становится все более редким. У них действительно есть некоторые выдающиеся особенности, которые делают их идеальными для определенных приложений, несмотря на их дополнительную стоимость.

Линейное изменение емкости с температурой

Танталовые конденсаторы демонстрируют линейное изменение емкости в зависимости от температуры.Это линейное изменение упрощает расчет емкости в критических условиях. В дополнение к линейному изменению емкость танталовых конденсаторов увеличивается с температурой, что дает преимущества, например, для накопления энергии или стабильности при изменении нагрузки импульсного источника питания. Если танталовый конденсатор находится рядом с импульсным блоком питания, его емкость немного возрастет, поскольку блок питания подвергается большой нагрузке и нагревается.

Ограниченные микрофонные / пьезоэлектрические эффекты

Из-за пьезоэлектрического эффекта керамические конденсаторы являются микрофонными, поскольку они вибрируют, генерируя напряжение, как пьезомикрофон.Этот эффект может вызвать дополнительный шум в цепи, что не идеально для плат в условиях высокой вибрации с чувствительными / низковольтными аналоговыми сигналами. Этот шум не является достаточно значительным, чтобы повлиять на цифровые или усиленные аналоговые сигналы, однако неусиленные аналоговые сигналы от преобразователей или другие очень чувствительные сигналы могут быть затронуты. Это одна из причин, по которой многие компоненты, связанные со звуком, не рекомендуют керамические конденсаторы. Танталовые конденсаторы обычно не обладают пьезоэлектрическими / микрофонными характеристиками, что делает их идеальными для аудио приложений или приложений, которые испытывают сильную вибрацию.

Характеристики емкости в зависимости от напряжения

очень стабильны при различных условиях постоянного напряжения, если эти условия не выходят за пределы номинальных значений конденсатора. Емкость многослойных керамических конденсаторов значительно изменяется с увеличением напряжения, уменьшаясь по мере увеличения напряжения. Это может быть жизненно важным для приложений с переменным напряжением, а также может сделать танталовый конденсатор сопоставимым по цене с MLCC в определенных приложениях.Танталовый конденсатор обычно дает полную заявленную емкость без каких-либо допусков. Для источников питания с низким уровнем шума и критических систем развязки, где керамический конденсатор может работать при напряжении, близком к максимальному, вам потребуется 1/3 емкости от танталового конденсатора, как от керамического конденсатора. В качестве альтернативы вам понадобится 1/3 количества параллельных конденсаторов, чтобы иметь такую ​​же реальную емкость, что может обеспечить значительную экономию места.

Стабильность во времени

Диэлектрическая проницаемость керамических конденсаторов из-за деградации со временем поляризованных доменов в сегнетоэлектрических диэлектриках. Хотя это может звучать как линия технической болтовни из научно-фантастического сериала, реальный эффект заключается в уменьшении емкости с течением времени. С другой стороны, танталовые конденсаторы, как правило, остаются стабильными в течение всего срока службы.Танталовые конденсаторы также не высыхают и не разрушаются, как алюминиевые электролитические конденсаторы, что делает танталовые конденсаторы идеальными для приложений с длительным сроком службы, особенно в сценариях, где обслуживание дорого или невозможно, или где устройство критически важно.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются культовыми. Если вы будете искать изображения конденсаторов, вы, скорее всего, получите изображение алюминиевого электролитического конденсатора.В современной электронике алюминиевые конденсаторы в основном используются для емкостей большой емкости, где требуется значительная емкость из-за их большого размера, высокого ESR и утечки тока. Несмотря на то, что они были заменены во многих приложениях, они по-прежнему очень популярны из-за их огромных значений емкости, высоких значений максимального напряжения и низкой стоимости.

Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из жидкого электролита.Электролит представляет собой жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов. Как и танталовые конденсаторы, которые также являются электролитическими, алюминиевые электролитические конденсаторы поляризованы. Это означает, что положительный вывод должен иметь более высокий потенциал, чем отрицательный. В отличие от научно-фантастических шоу, где капитан призывает «поменять полярность», чтобы что-то заработало, если вы сделаете это с алюминиевым конденсатором, он быстро выйдет из строя, лопнет и потенциально загорится.

Алюминиевые конденсаторы во многих приложениях были заменены более дешевыми многослойными керамическими конденсаторами, алюминиево-полимерными конденсаторами с низким ESR или танталовыми конденсаторами из-за большого количества недостатков алюминиевых электролитических конденсаторов.Алюминиевые конденсаторы имеют очень высокое эквивалентное последовательное сопротивление, что заставляет их рассеивать большую мощность, когда на конденсатор подаются сигналы с высокой частотой или большой амплитудой. Срок службы алюминиевого конденсатора сильно ограничен электролитом, который может высохнуть — срок службы значительно сокращается при высоких температурах эксплуатации. Ток утечки алюминиевого конденсатора значительно выше, чем у конденсаторов большинства других типов, что делает их менее идеальными для применения в соединительных устройствах.

Из-за недостатков эти конденсаторы непригодны для использования во многих современных приложениях. Тем не менее, алюминиевые конденсаторы никуда не денутся, поскольку у них есть несколько преимуществ, не в последнюю очередь из-за их мизерной стоимости при сопоставимой емкости / напряжении. Алюминиевые конденсаторы также предлагают значения емкости до нескольких фарад и гораздо более высокие напряжения, чем многие другие типы конденсаторов, по крайней мере, с учетом емкости. Несмотря на свой размер, они могут иметь меньшую площадь основания, чем эквивалентная емкость в нескольких других конденсаторах другого типа, подключенных параллельно, поскольку для алюминиевых конденсаторов характерно высокое соотношение диаметра к высоте.Если вертикальный зазор не является проблемой, алюминиевый конденсатор может иметь исключительную емкость для его площади основания.

По сравнению с танталовыми конденсаторами, алюминиевые конденсаторы, как правило, меньше повреждают цепь при выходе из строя. Когда срок службы алюминиевого конденсатора подходит к концу, его емкость постепенно уменьшается. Если он выходит из строя из-за перенапряжения или другого неправильного обращения, он обычно лопнет или разбухнет, не повредив при этом кусок вашей печатной платы, или вызовет пожар.

В то время как полимерные версии алюминиевых конденсаторов обладают множеством преимуществ, простой алюминиевый конденсатор значительно дешевле, а также обеспечивает более высокое максимальное номинальное напряжение.

могут быть заменены во многих приложениях, поскольку они не соответствуют строгим требованиям современной схемотехники, они по-прежнему непревзойденны в приложениях, где большие значения емкости требуются при ограниченном бюджете. Они используются во многих импульсных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения, аудио или других фильтров нижних частот, сглаживания или измерения объемной емкости.Хотя они могут быть не идеальным выбором, иногда они — единственный выбор или единственный способ добиться стабильной схемы в рамках бюджета.

Полимерные конденсаторы

Полимерные конденсаторы — это относительно новая технология, которая быстро становится распространенным типом электролитических конденсаторов. Они являются отличной альтернативой основным алюминиевым и танталовым конденсаторам, а в некоторых случаях даже многослойным керамическим конденсаторам. В этих конденсаторах в качестве электролита используются проводящие твердые полимеры, а не жидкие или гелевые электролиты, которые содержатся в традиционных электролитических конденсаторах.Поскольку и алюминиево-полимерные, и тантал-полимерные конденсаторы предлагаются в тех же корпусах, что и их родительские жидкие электролиты, можно легко модернизировать существующую конструкцию до полимерных конденсаторов и воспользоваться преимуществами.

Благодаря использованию твердых электролитов, полимерные конденсаторы позволяют избежать высыхания жидкого электролита, что серьезно ограничивает срок службы классических электролитических конденсаторов.

могут использоваться в качестве замены танталовых электролитических конденсаторов в большинстве ситуаций, если они не превышают максимальное номинальное напряжение, которое, как правило, ниже, чем у классических электролитических конденсаторов.Чаще всего встречаются полимерные конденсаторы с номинальным напряжением до 35 В постоянного тока, но все еще существует множество вариантов примерно до 63 В постоянного тока. Существует ограниченное количество конденсаторов, рассчитанных на 250 В постоянного тока для алюминиевого полимера или 125 В постоянного тока для танталового полимера.

Другая причина, по которой существующие конструкции обычно не заменяют большинство танталовых или алюминиевых электролитических конденсаторов полимерными, заключается в том, что они относительно дороги. При этом есть несколько преимуществ использования полимерных конденсаторов в конструкциях, особенно в источниках питания.В нескольких моих статьях по проекту с открытым исходным кодом я указывал алюминиево-полимерные конденсаторы, поскольку их производительность на доллар была непревзойденной для этих конкретных приложений.

Характеристики емкости от напряжения

Подобно танталовым электролитическим конденсаторам, которые мы рассматривали ранее, полимерные конденсаторы имеют практически идентичные свойства, когда дело касается зависимости емкости от напряжения — емкость увеличивается линейно с увеличением температуры.

Очень низкое ESR

Существенным недостатком традиционных танталовых и алюминиевых конденсаторов является их высокое эквивалентное последовательное сопротивление.При использовании для фильтрации приложений в импульсном источнике питания трудно получить мелкие пульсации напряжения или уменьшить кондуктивные электромагнитные помехи. ESR полимерных конденсаторов аналогичен многим керамическим конденсаторам, что делает их идеальными для применения в фильтрах, поскольку они предлагают значительно более высокие значения емкости, чем керамические конденсаторы. Хотя полимерные конденсаторы значительно дороже, чем их аналоги с жидким электролитом, они все же намного дешевле, чем эквивалентное количество параллельных керамических конденсаторов.Низкое ESR полимерных конденсаторов делает их идеальными для любых приложений с сильноточной пульсацией, где требуется большая емкость.

Высокая емкость

Алюминиевые полимерные конденсаторы в основном имеют очень высокую плотность емкости для занимаемой ими печатной платы. Танталовые полимерные конденсаторы обычно не выпускаются в высоких корпусах, как это делают алюминиевые конденсаторы. Высокие цилиндрические алюминиевые конденсаторы позволяют обеспечить исключительно высокую емкость за счет использования компонентов с высоким соотношением сторон, которые очень высоки по сравнению с занимаемой площадью — если позволяют зазоры.

Нет утечки

Алюминиевые конденсаторы известны своим выходом из строя из-за высыхания или утечки электролита. Протекающий конденсатор может повредить печатную плату, которую в противном случае можно было бы отремонтировать, просто заменив конденсатор. Благодаря твердому полимерному электролиту утечка невозможна.

Без пьезоэффекта

Как и их неполимерные аналоги, как обсуждалось ранее, полимерные варианты не имеют пьезоэлектрических / микрофонных проблем, что делает их идеальными для аудио и других чувствительных аналоговых приложений с малым сигналом.

Стабильность частоты

Как упоминалось ранее, полимерные конденсаторы превосходно подходят для высокочастотных приложений по сравнению с их аналогами с жидким электролитом. Хотя они не так хороши, как керамический конденсатор, они очень близки и могут предложить высокую емкость по той же цене и занимаемой плате, чем вариант с керамическим конденсатором.

Это делает полимерные конденсаторы превосходными для источников питания и аудиоприложений.Хотя полимерный конденсатор обычно дороже, чем другие альтернативы, он может предложить экономию затрат по сравнению с керамическими конденсаторами из-за уменьшения емкости при напряжении в керамике, что требует меньшего количества полимерных конденсаторов для выполнения той же работы.

В качестве примера можно взять простой блок питания DC-DC Buck:

Для вышеуказанного приложения требуется емкость 250 мкФ на входе и емкость 450 мкФ на выходе.После рассмотрения ухудшения емкости керамического конденсатора, перенапряжения, старения и температуры, нам необходимо снизить характеристики керамического конденсатора примерно на 70%. Это снижение означает, что емкость должна быть около 833 мкФ на входе и 1500 мкФ на выходе. Для этого потребуется восемнадцать керамических конденсаторов по 47 мкФ на входе и пятнадцать керамических конденсаторов по 100 мкФ на выходе. Используя полимерные конденсаторы, мы могли бы вместо этого использовать два полимерных конденсатора по 150 мкФ на входе и один полимерный конденсатор емкостью 470 мкФ на выходе.Поскольку полимерные конденсаторы не нуждаются в снижении номинальных характеристик, они обеспечивают 30% -ную экономию затрат и 50% -ную экономию площади печатной платы.

Пленочные конденсаторы

, как следует из названия, используют тонкую пластиковую пленку в качестве диэлектрика. Эти конденсаторы дешевы, очень стабильны во времени, имеют очень низкую самоиндукцию и эквивалентные параметры последовательного сопротивления. Некоторые пленочные конденсаторы могут выдерживать очень большие скачки реактивной мощности.

В процессе вытяжки изготавливается очень тонкая пленка, которую затем можно металлизировать или оставить без обработки в зависимости от свойств, требуемых для конденсатора.Затем добавляются электроды, и сборка устанавливается в корпус, защищающий конденсатор от воздействия окружающей среды.

Относительно плохой диэлектрик делает этот тип конденсатора очень большим по сравнению с другими типами, что придает ему очень низкую емкость на единицу объема, что позволяет использовать его в значительно различных приложениях по сравнению с другими вариантами, которые мы рассмотрели. Пленочные конденсаторы используются во многих приложениях, где требуются стабильность, низкая индуктивность и низкая стоимость.

Интересным аспектом металлизированных пленочных конденсаторов является их самовосстановление.Самовосстановление происходит, когда дефекты вызывают скачки внешнего напряжения. Любая дуга внутри конденсатора испаряет тонкую металлизацию пленки вокруг места повреждения. Это приводит к тому, что область, которая не смогла потерять свое металлизированное покрытие — без проводящего материала больше не возникает короткого замыкания, поэтому конденсатор перестает находиться в режиме отказа.

Пленка полиэфирная

Полиэфирные пленочные конденсаторы — это недорогие пленочные конденсаторы общего назначения, основным преимуществом которых является превосходная стабильность при более высоких температурах (до 125 ° C)

Основные характеристики:

• Корпуса с выводами и для поверхностного монтажа
• Может работать при 125 ° C с понижением напряжения
• Высокая толерантность
• Высокая диэлектрическая прочность для относительно небольших высоковольтных конденсаторов
• Низкое СОЭ
• High dV / dt — может использоваться в приложениях, где присутствуют резкие и быстрые всплески времени нарастания

Обычно они используются для:

• Цепи, в которых конденсатор должен выдерживать высокие пиковые уровни тока.
• Фильтрация, где не требуются высокие уровни допуска.
• Общие приложения для связи и развязки, а также для блокировки по постоянному току.
• Источники питания, в которых не нужны электролитические конденсаторы с очень высокой емкостью.
• Аудиоприложения.

Полипропиленовая (ПП) пленка

Конденсаторы с полипропиленовой пленкой широко доступны и используются в широком диапазоне приложений.

Основные характеристики

• Чрезвычайно жесткий допуск (до 1%).
• Очень стабильны, так как они претерпевают очень низкие изменения емкости с течением времени и приложенного напряжения, а их температурный коэффициент довольно низкий, отрицательный и линейный.
• Большинство конденсаторов из полипропилена имеют очень низкое ESR и низкую самоиндукцию.
Конденсаторы
• PP могут работать с экстремальными напряжениями (от u до 1 кВ).
• Довольно высокотемпературный диапазон до 100 ° C и выше.
• Доступен только как компонент с выводами.
• Доступно только для очень низкого диапазона емкости (от 100 пФ до 10 нФ).

PP используются во многих приложениях:

• Приложения для цепей высокой мощности / высокого переменного напряжения.
• Цепи с высокими уровнями пикового тока.
• Высокочастотные резонансные контуры.
• Прецизионные схемы синхронизации.
• Осветительные балластные системы.
• Импульсные источники питания.
• Цепи выборки и хранения.
• Аудиоприложения премиум-класса, которые, по мнению многих энтузиастов, обеспечивают лучшую производительность и, следовательно, лучшее качество звука.
• Цепи высокочастотного импульсного разряда.

из ПТФЭ выпускаются как в металлизированном, так и в пленочном / фольгированном вариантах. Эти конденсаторы выдерживают экстремальные температуры и обеспечивают стабильную работу. Однако эти конденсаторы относительно дороги и, как правило, используются для узкоспециализированных приложений.

Основные характеристики:

• Может работать при температуре до 200 ° C

Пленка из полистирола

Пленка из полистирола традиционно известна как дешевые конденсаторы общего назначения с высокой стабильностью, низким рассеиванием и утечкой.

Основные характеристики:

• Высокая изоляция
• Низкая утечка
• Низкое диэлектрическое поглощение
• Низкие искажения (из-за этого они нравятся энтузиастам аудио)
• Хорошая температурная стабильность

Слюдяные конденсаторы

Слюдяные или серебряные слюдяные конденсаторы — это конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется слюда.Слюда — очень электрически, химически и механически стабильный материал. Несмотря на то, что он обладает хорошими электрическими характеристиками и устойчивостью к высоким температурам, он имеет высокую стоимость сырья. Слюда также устойчива к большинству кислот, воды, масел и растворителей. Эти конденсаторы изготавливаются путем прослоения листов слюды с металлом с обеих сторон. Серебряные слюдяные конденсаторы встречаются редко, но все еще используются, когда требуются стабильные и надежные конденсаторы с очень низкими номиналами. У них очень низкие потери, их можно использовать для высоких частот, и их значения невероятно стабильно меняются с течением времени.

Основные характеристики слюдяных конденсаторов:

• Высокая точность — до 1% от номинального значения емкости.
• Высокая стабильность — эти конденсаторы очень стабильны, практически не разрушаются со временем, а сборка защищена эпоксидной смолой.
• Высокая устойчивость к температуре.
• Высокая устойчивость к напряжению (до 1кВ).
• Высокая устойчивость к частоте.
• High Q, low ESR / ESL
Конденсаторы Mica
• громоздкие и довольно дорогие.

Серебряные слюдяные конденсаторы используются в:

• Фильтры — высокие уровни допуска и стабильности позволяют точно рассчитывать фильтры и быстро прогнозировать их работу.
ВЧ-генераторы
• и другие ВЧ-схемы — в этих приложениях их низкие уровни потерь позволяют улучшить добротность настроенной схемы.
• ВЧ передатчики большой мощности.
• Высоковольтные приложения.

Кремниевые конденсаторы

Кремниевые конденсаторы, по крайней мере, в качестве дискретных компонентов, являются относительно новым типом конденсаторов.Интересно отметить, что наиболее распространенным типом конденсаторов в мире по объему являются силиконовые конденсаторы, используемые в интегральных схемах, таких как RAM и flash. Этот тип дискретных конденсаторов основан на таких диэлектриках, как диоксид кремния и нитрид кремния, которые используются для изготовления конденсаторов высокой плотности. Такие конденсаторы весьма применимы в ситуациях, когда требуется высокая стабильность, надежность и устойчивость к высоким температурам.

Кремниевые конденсаторы имеют следующие преимущества:

• Высокая стабильность при высоких температурах — кремниевые конденсаторы выдерживают температуру до 250 ° C.
• Емкость не снижается из-за напряжения смещения постоянного тока.
• Чрезвычайно высокий потенциал миниатюризации.
• Очень низкий ток утечки и низкий коэффициент потерь.
• Низкая частота отказов.
• Минимальная СОЭ и ESL.

Ограничения кремниевых конденсаторов:

• Низкие значения емкости (до 5 мкФ).
• Утечка заряда.
• Чрезвычайно дорогой (от 5 до 5000 раз дороже, чем MLCC с тем же значением и номинальным напряжением).

Стоимость кремниевых конденсаторов гарантирует, что они используются только в очень специфических приложениях. Вы найдете их в абсолютно критически важных и, как правило, дорогих устройствах, где производительность и надежность являются наивысшим приоритетом, а стоимость второстепенна. Это означает, что вы найдете кремниевые конденсаторы в медицинских, военных и аэрокосмических приложениях, а также в высокопроизводительных ВЧ-устройствах.

Если приложение требует чрезвычайно жестких допусков при очень высокой производительности, нет другого типа конденсатора, который мог бы сравниться с кремниевыми конденсаторами.

Суперконденсаторы

Суперконденсаторы — это еще один тип конденсаторов, который нельзя сравнивать с другими. Этот тип конденсатора используется для совершенно иной цели, чем описанные выше. Суперконденсаторы, по крайней мере, в применении, больше похожи на батареи, чем другие типы конденсаторов, которые мы обсуждали. Основное назначение этих конденсаторов — аккумулирование энергии с сильноточным питанием или приложениями резервного копирования памяти, такими как RAM или GPS.

В настоящее время вкладываются значительные средства в исследования и разработки суперконденсаторов в качестве альтернативы батареям для электромобилей.Следующее десятилетие будет очень интересным с быстрым развитием этой технологии.

Диапазон емкости суперконденсаторов начинается от мФ до нескольких килофарад, что является значительным количеством энергии. Их емкость в тысячи или миллионы раз выше, чем у типичного конденсатора, который вы можете использовать в схемотехнике.

Хотя суперконденсаторы часто сравнивают с литий-ионными батареями, они имеют существенно другие свойства.Их не следует путать с «литиевыми конденсаторами», которые представляют собой литий-ионную или полимерную батарею в корпусе конденсатора.

Достоинства суперконденсаторов:

• Очень большое количество циклов зарядки / разрядки.
• Колоссальная удельная мощность, позволяющая подавать очень большой ток.
• Длительный срок службы.
• Широкий диапазон рабочих температур.

Однако у этих конденсаторов есть и недостатки, например:

• Очень высокая стоимость.
• Очень низкие напряжения (от 1,5 В до 5 В максимум).
• Умеренно высокий ток утечки, что и делает их. Не подходит для длительного хранения энергии.
• Низкая плотность энергии по сравнению с батареями.
• Сравнительно большой размер.

Заключение

В заключение, каждый тип конденсатора имеет свое место, даже если оно меняется со временем, поскольку новые технологии и улучшения других типов конденсаторов меняют рынок. Некоторые типы конденсаторов могут превосходить другие. Однако, как мы видели, все еще существует множество приложений, в которых один тип конденсатора не может быть заменен для его идеального применения. Конденсаторы, как и любой другой тип компонентов в электронике, все еще развиваются и развиваются, движимые требованиями все более совершенных технологий.Мы часто думаем о конденсаторах как о решенной технологии, но многие конденсаторы, которые мы используем сегодня, значительно отличаются от тех, что были доступны в недавней истории.

MLCC быстро растут. Это самые популярные конденсаторы, и на то есть веские причины. Они дешевы, компактны, в целом имеют хорошие характеристики. Они предлагают идеальный компромисс между техническими характеристиками и стоимостью для большинства основных приложений развязки, фильтрации и обхода.

Танталовые конденсаторы обладают более высокой стабильностью при изменении температуры, смещения постоянного тока и времени.Кроме того, они не подвержены пьезоэлектрическому эффекту и более устойчивы к нагрузкам. К сожалению, они имеют высокое СОЭ, высокую цену и имеют тенденцию взорваться или превратиться в небольшой огненный шар при незначительном обращении.

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают очень высокой емкостью и могут иметь высокое максимальное номинальное напряжение. Они также намного дешевле по тем же характеристикам, что и полимерные конденсаторы. Но они большие, имеют высокое СОЭ и со временем высыхают.

— это превосходная и захватывающая новая технология.Они обладают почти всеми преимуществами своих традиционных конденсаторов-аналогов, с добавлением низкого ESR. Однако в настоящее время они все еще относительно дороги и имеют довольно низкие значения максимального напряжения. Поскольку это относительно новая технология, я могу только вообразить улучшения в этих типах конденсаторов в ближайшие годы / десятилетия.

Существует много типов пленочных конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретного применения. Они большие и имеют низкую номинальную емкость, но стабильны и имеют ряд других преимуществ.

Mica — самые необычные конденсаторы, которые мы когда-либо видели. У них высокая устойчивость, стабильность и точность, но они относительно редки и дороги.

термостабильны и надежны, но очень дороги и имеют низкую номинальную емкость. Когда для вашей схемы подойдет только лучшее, вам нужны кремниевые конденсаторы.

больше похожи на элементы накопления энергии, чем другие конденсаторы, указанные выше. Их чрезвычайно высокая емкость — это фантастика, но цена, высокая утечка и низкое максимальное напряжение резко ограничивают их применение.В будущем суперконденсаторы станут прекрасной альтернативой батареям для многих устройств, предлагая практически мгновенную зарядку и невероятную плотность энергии. Автомобильные компании вкладывают много денег в исследования суперконденсаторов, и это технология, которая может радикально изменить мир и окружающую среду в будущем.

У каждого конденсатора есть место, и выбор, который вы выберете, будет зависеть от вашего применения, дизайна, бюджета и других требований.

Есть еще вопросы? Вызовите специалиста Altium.

Полярность и маркировка, различия и применение

Высокопроизводительный танталовый конденсатор предлагает разработчикам надежное и стабильное решение с высокой емкостью. За почти 60 лет использования танталовые конденсаторы используются для разработки различных приложений для таких отраслей, как военная и коммерческая авионика, промышленная автоматизация и системы управления, критическая и имплантируемая медицинская электроника, смартфоны, ноутбуки, настольные компьютеры и портативные компьютеры.Bell Laboratories в начале 1950-х изобрела твердотельные танталовые конденсаторы в качестве высокотехнологичного и очень надежного низковольтного вспомогательного конденсатора. В этой статье обсуждается обзор танталового конденсатора.

Что такое танталовый конденсатор?

Электролитический танталовый конденсатор состоит из металлического тантала, действующего как анод, окруженного анодным оксидным слоем оксида, используемого в качестве диэлектрика, который дополнительно окружен жидким или твердым электролитом в качестве катода.Поскольку диоксид марганца (MnO2) обладает свойствами самовосстановления для обеспечения долговременной надежности, он используется в качестве катода.

Танталовые конденсаторы чрезвычайно стабильны, меньше и легче, а также имеют более низкое максимальное рабочее напряжение и емкость. Эти конденсаторы пропускают меньше тока и имеют меньшую индуктивность, поэтому они не подходят для высокочастотных цепей связи.

Полярность и маркировка

Полярность танталового конденсатора и маркировка обсуждаются ниже.

• Танталовые конденсаторы — это конденсаторы с естественной поляризацией с положительным и отрицательным выводами, которые подходят для источников постоянного тока. Полярность и маркировка на конденсаторах позволяют легко идентифицировать анод и катод.
• Две полосы и положительный знак помогают определить значение емкости и максимального рабочего напряжения.
• Однако самое верхнее значение слева показывает значение емкости в микрофарадах (мкФ). Например, значение на приведенном ниже рисунке — 2.2 мкФ.
• Напряжение ниже значения емкости — это максимальное рабочее напряжение конденсатора, то есть 25 В.
• Под длинной полосой виден положительный знак (+). Комбинация длинной полосы и знака «+» указывает на то, что на этой стороне имеется положительный вывод / анод, а на другой стороне — отрицательный вывод / катод.
• Обратное напряжение или неправильное подключение могут повредить конденсатор.
• Танталовый электролитический
• Отказ танталового конденсатора

В поведении обратного смещения твердотельных танталовых конденсаторов поверхностного монтажа поясняется, что танталовые конденсаторы предназначены для работы только в условиях смещения прямого напряжения и выходят из строя при приложении обратного напряжения, включая быстрое включение от цепи с низким сопротивлением или возникновение всплеска тока во время ее работы.

Режим отказа конденсатора

В документе, опубликованном ASM International, четко указано, что режим отказа танталового конденсатора делится на три основные категории

Высокая утечка / короткое замыкание

Подача обратного напряжения может вызвать большие токи утечки, которые обычно возникает во время поиска и устранения неисправностей, неисправностей и / или стендовых испытаний. Танталовые конденсаторы с кристаллизацией вызывают короткое замыкание, поскольку горячие точки, образующиеся во время кристаллизации, нагревают катод.

Высокое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

На ESR конденсатора сильно влияют механические / термомеханические характеристики, если он подвергается монтажу на плате, перестановке, оплавлению и сроку службы. Такой тип напряжения часто нарушается во внешних и / или внутренних соединениях, что приводит к высокому СОЭ.

Low Capacitance / Open

Поскольку емкость танталового конденсатора не изменяется при нормальных условиях эксплуатации, выход из строя случается редко. Более низкая емкость танталового конденсатора в любом применении может указывать на короткое замыкание конденсатора, в то время как разомкнутый отказ может быть результатом повреждения положительного вывода и соединения проводов.

Размеры и использование для поверхностного монтажа

Танталовый конденсатор обладает такими основными характеристиками, как исключительная стабильность, надежность и слабая утечка тока. Эти особенности позволяют применять конденсаторы в —

• Схема выборки и хранения для достижения большой продолжительности удержания
• Развязка шины питания, обеспечивающая более высокую эффективность при более низком ESR
• Чрезвычайно эффективные системы упаковки
• для военной и аэрокосмической промышленности
• Медицинские устройства для жизнеобеспечения
• Космическое оборудование для более высокой надежности

Материнские платы для фильтрации источников питания и многое другое, наибольшее количество танталовых конденсаторов массово производится в качестве конденсаторов с танталовой микросхемой в мире. форма SMD (устройство для поверхностного монтажа).Он разработан с контактными поверхностями с обеих сторон корпуса. В соответствии со стандартами EIA-5335-BAAC танталовые чип-конденсаторы разрабатываются и производятся в различных стилях.

Vishay

Различия между танталом и керамическим конденсатором, обсуждаемыми ниже.

В области электроники танталовые и керамические конденсаторы широко используются для разработки различных подходящих приложений. Давайте посмотрим ниже различия между ними.

Преимущества и недостатки

Список преимуществ и недостатков твердотельного танталового конденсатора включает следующие

Преимущества: длительный срок службы, устойчивость к высоким температурам, отличные характеристики, высокая точность, эффективность фильтрации частотные гармоники.

Недостатки: наличие очень тонкого оксидного слоя, который не является прочным, не может выдерживать напряжение выше пределов, низкий рейтинг пульсаций тока.

Применение танталовых конденсаторов

Танталовые конденсаторы обладают различными преимуществами и, следовательно, используются в различных приложениях, особенно в современной электронике, для повышения стабильности, устойчивости к диапазону температур и частот, долговременной надежности и рекордно высокого объемного КПД.

Танталовый конденсатор — это важный компонент кардиоимплантатов, который автоматически определяет нерегулярное сердцебиение и за несколько секунд дает электрический разряд.Этот конденсатор находит свое применение в самых требовательных отраслях промышленности, таких как медицина, телекоммуникации, авиакосмическая промышленность, военная промышленность, автомобилестроение и компьютеры.

Часто задаваемые вопросы

1). Назовите некоторые области применения влажных танталовых конденсаторов?

Он используется в таких отраслях, как телекоммуникации, авионика, космос, медицина, телекоммуникации, потребительские приложения.

2). Что такое импульсное напряжение с точки зрения танталового конденсатора?

Импульсное напряжение — это максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору в течение более короткого периода в цепях с минимальным последовательным сопротивлением.

3). Что такое обратное напряжение? Что происходит с танталовым конденсатором при приложении обратного напряжения?

Обратное напряжение — это когда напряжение анодного электрода является отрицательным относительно напряжения катода. При обратном напряжении ток обратной утечки течет в небольших микротрещинах или дефектах через диэлектрический слой к аноду конденсатора.

4). Какие различные диэлектрики используются для изготовления танталового конденсатора?

• Электролит диоксида марганца
• Пятиокись тантала, Ta2O5
• Пятиокись ниобия, Nb2O5

5).Объясните маркировку полярности танталового конденсатора

Полярность и маркировка на конденсаторах позволяют легко идентифицировать анод и катод.

• Две полосы и положительный знак помогают определить значение емкости и максимального рабочего напряжения.
• Однако самое верхнее значение слева показывает значение емкости в микрофарадах (мкФ). Например, значение на приведенном ниже рисунке составляет 2,2 мкФ.
• Напряжение ниже значения емкости — это максимальное рабочее напряжение конденсатора, т.е.е., 25В.
• Под длинной полосой виден положительный знак (+). Комбинация длинной полосы и знака «+» указывает на то, что на этом участке имеется положительный вывод / анод, а на другой стороне — отрицательный вывод / катод.
• Обратное напряжение или неправильное подключение могут повредить конденсатор.

6). Определить импеданс

Импеданс — это полное сопротивление в Ом любой сети на определенной частоте, включая угловые части как действительной, так и мнимой.

7). Назовите одно различие между танталом и керамическим конденсатором.

В танталовом конденсаторе нестабильность емкости не проявляется в отношении приложенного напряжения, тогда как керамический конденсатор демонстрирует изменения емкости в отношении приложенного напряжения.

Тем не менее, танталовые конденсаторы пользуются доверием разработчиков как надежные компоненты. Его расширенные функции, такие как меньший вес, малая утечка тока и высокая емкость на единицу объема, позволяют использовать емкость в самых разных приложениях.Танталовый конденсатор следует подключать соответствующим образом, чтобы избежать повреждений.

Высокая утечка / короткое замыкание, ESR и низкая емкость / обрыв — три основные причины отказа конденсатора. Производители и проектировщики должны обеспечить защиту от повреждений и долгосрочную надежность. Обладая выдающимися характеристиками, танталовые конденсаторы можно использовать практически во всех отраслях промышленности для разработки подходящего приложения.

Танталовые конденсаторы в 5G | ТИЦ

Эта статья впервые появилась в Бюллетене № 184, ежеквартальном журнале T.IC. Он был написан доктором Томасом Зедничеком из Европейского института пассивных компонентов (EPCI) и основан на презентации, сделанной на 61-й Генеральной ассамблее T.I.C.

Все взгляды и мнения в этой статье принадлежат автору, а не T.I.C.

Связаться с автором: [email protected]; www.passive-components.eu

Введение

Танталовые конденсаторы обеспечивают превосходную стабильность в суровых условиях, высокий объемный КПД по энергии и мощности и низкий параметрический сдвиг в течение срока службы — свойства, которые делают их идеальными для нескольких приложений для телекоммуникационного оборудования пятого поколения (5G).По прогнозам, телекоммуникационные сети 5G быстро станут следующим стандартом, обеспечивая более быструю передачу данных и лучшее соединение для смартфонов, промышленных приложений, автономных транспортных средств и умных городов.

В результате телефонные сети 5G создают экспоненциальный рост глобального трафика данных и мобильных данных, которые должны поддерживать электронное оборудование и инфраструктура.

В течение многих лет предыдущие поколения телекоммуникационных базовых станций, коммутаторов и другого сетевого оборудования для работы в Интернете использовали танталовые конденсаторы из-за их длительного срока службы, стабильности и надежности в различных приложениях, в том числе для фильтрации и развязки / развязки преобразователя постоянного тока.Типичный срок службы оборудования составляет 12-15 лет, что в большинстве случаев исключает использование обычных алюминиевых электролитических конденсаторов для емкостных приложений.

Краткое сравнение 4G и 5G

В чем разница между 5G и нынешней системой связи (4G)? Нынешняя система оборудования, называемая LTE, способна обмениваться данными намного быстрее, чем оборудование предыдущих поколений, но остается узнаваемой. Однако 5G — другое дело.Цели новой системы аналогичны целям предыдущих поколений — увеличенная полоса пропускания, улучшенные соединения, более высокая способность обработки данных, повышенная скорость — но для их достижения будет использоваться более высокая частота, а это требует поэтапного изменения оборудования.

Существуют ограничения при использовании более высоких частот, в частности, гораздо меньший рабочий диапазон. Например, для достижения очень высокой скорости обработки на самых высоких частотах 5G (6–60 ГГц) диапазон может составлять всего 300 м от вышки базовой станции; гораздо меньший радиус действия, чем у вышки 4G.Таким образом, система 5G не только возьмет на себя существующие вышки 4G, но также потребует строительства многих дополнительных башен меньшего размера, чтобы полностью реализовать потенциал этой новой технологии для создания умных городов.

Прогнозируется, что новая система 5G в умных городах радикально изменит характер генераторов и потребителей мобильных данных, поскольку автономные транспортные средства генерируют и используют гораздо больше данных, чем общие потребности смартфонов. Фактически, объем данных для одного автономного (самоуправляемого) транспортного средства может превышать 4000 ГБ в день.

Последствия на уровне компонентов

Требования к компонентам 5G mmWave будут включать небольшие размеры, стабильные параметры в широком диапазоне рабочих температур и / или суровых условий окружающей среды, а также долгосрочную надежность.Также он должен обладать небольшими габаритами. Высокая стабильность электрических параметров и долговременная надежность — это именно то, что требуется, а дополнительным преимуществом является низкопрофильная конструкция, которая поддерживает небольшие приложения.

Танталовые конденсаторы в телекоммуникационном оборудовании: полупроводники GaN для базовых станций 5G

Еще одна проблема, связанная с электроникой следующего поколения для базовых станций электросвязи, — это переход от кремниевых полупроводников к полупроводникам из нитрида галлия (GaN).По сравнению с существующими технологиями (кремниевый LDMOS и арсенид галлия (GaAs)) устройства на основе GaN соответствуют требованиям высокочастотных телекоммуникационных сетей 5G, предлагая более высокую частоту переключения, более высокую эффективность и более высокую мощность при меньшей и тонкой конструкции. В этих блоках используются танталовые конденсаторы, которые удовлетворяют строгим требованиям к рабочим характеристикам (более подробное обсуждение GaN см. В бюллетене № 175).

Конструкция стойки для печатных плат базовых станций 4G и 5G

На платах, разработанных в 2014 году Ericsson и Nokia для использования в типичной базовой станции 4G, было соответственно 58 и 115 танталовых конденсаторов.Это включало их использование на плате обработки данных, источнике питания системного управления, управлении антенной и плате связи.

Хотя может показаться, что танталовые конденсаторы хорошо зарекомендовали себя на платах 4G, в 2016 году сокращение расходов производителями телекоммуникационного оборудования привело к значительному сокращению использования танталовых конденсаторов.Nokia Siemens даже создала версию, вообще не содержащую танталовых конденсаторов; на плате блока питания танталовые конденсаторы были заменены алюминиевыми конденсаторами, а на основном процессоре танталовые конденсаторы были заменены керамическими конденсаторами.

Будут ли платы 5G использовать танталовые конденсаторы?

Скорее всего, да, будут. Сочетание низкого профиля, высокой плотности емкости и надежности в суровых условиях делает танталовые конденсаторы жизнеспособным конструктивным выбором.Несмотря на то, что разборка самой конструкции оборудования 5G не была обнародована на момент написания статьи, последние разработки для небольших базовых станций 4G от Huawei включают как минимум 8 низкопрофильных танталовых конденсаторов D, и ожидается, что первое поколение 5G базовые станции будут иметь очень похожий дизайн.

Заключение

Танталовые конденсаторы уже много лет используются в конструкции базовых станций электросвязи и, похоже, останутся таковыми на долгие годы.Хотя технически возможно создать базовую станцию ​​4G, в которой не используются танталовые конденсаторы, гораздо более высокие требования к эксплуатации базовых станций 5G означают, что они будут использовать танталовые конденсаторы. По мере строительства телекоммуникационных сетей следующего поколения в этом приложении будет увеличиваться потребление танталовых конденсаторов как на основных печатных платах, так и на усилителе мощности GaN RF.

Список ссылок и дополнительную информацию по этому вопросу можно найти на сайте www.passive-components.eu.

Танталовые конденсаторы — Suntan

Suntan — это гонконгский производитель танталовых конденсаторов. Ассортимент включает в себя танталовые конденсаторы погружного типа, танталовые конденсаторы с чипом, танталовые конденсаторы SMD, полимерные танталовые конденсаторы, гибридные танталовые конденсаторы и т. Д. См. Приведенный ниже список продукции танталовых конденсаторов.

Танталовые конденсаторы Фотографии

Список танталовых конденсаторов

1. TS19 Танталовый конденсатор погружного типа
2. TS20 Чип-танталовый конденсатор — для поверхностного монтажа
3. ТС20Л Танталовый конденсатор обломока низкий ЭСР
4. ТС20С Супер низкие конденсаторы тантала обломока проводящего полимера ЭСР
5. TS25-01 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность
6. TS25-02 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность
7. TS25-03 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность
8. TS25-04 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность, винты
9. TS25-05 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность, винты
10. TS25-06 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность, винты
11. TS25-07 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность, 3 винта
12. TS25-08 Гибридные танталовые конденсаторы Радиально-выводные, гетерополярность
13. TS25-09 Комбинированные нетвердые электролитические танталовые конденсаторы
14. TS25-10 Гибридные танталовые конденсаторы квадратного сечения, гетерополярность
15. TS25-11 Гибридные танталовые конденсаторы (с монтажным фланцем)
16. TS25-12 Гибридные танталовые конденсаторы (с монтажным фланцем)
17. TS25-13 Гибридные танталовые конденсаторы (с монтажным фланцем)
18. TS26-01 Серебряные аксиальные влажные танталовые конденсаторы
19. TS26-02 Серебряные аксиальные влажные танталовые конденсаторы
20. TS26-03 Металлические осевые влажные танталовые конденсаторы

Загар Горячие продажи: Танталовый конденсатор окунуться

Suntan производит танталовый конденсатор погружного типа с высоким качеством и конкурентоспособной ценой более 30 лет.Этот продукт отличается высокой стабильной производительностью, более низким коэффициентом рассеяния и утечки тока, стабильной частотой и температурой, а также длительным сроком службы. Он соответствует и превосходит требования IEC Specification 384-15-3, IECQ Specification QC300201 / US0003 и Technical Specification SJ / T10856-96. Применение: военные и гражданские приложения, такие как телевизоры, видеокамеры, компьютеры, электронный телефон с программным управлением, коммутационные системы, телефоны, приборы и счетчики.

В настоящее время танталовые конденсаторы ближнего света широко используются в различном электронном оборудовании.Чтобы удовлетворить этот хороший рыночный спрос, Suntan продолжает расширять производство и оказывать лучшую поддержку в 2008 году.

Suntan Танталовый конденсатор с низким ESR

Наша серия TS20L представляет собой танталовый конденсатор с микросхемой с низким ESR. Этот тип конденсатора имеет 6 различных размеров (корпус S, корпус A, корпус B, корпус C, корпус D, корпус E).

1. Диапазон температур: -55 ° C ~ + 125 ° C (> 80 ° C при номинальном напряжении)
2. Чехол Laser-markec
3. Допуск емкости: +/- 20%; +/- 10% (по спецзаказу)
4. Утечка постоянного тока при 25 ° C: 1o

Вышеупомянутые характеристики делают его хорошим для электрической панели SMT, используемой для телекоммуникационной компьютерной видеокамеры, мобильного телефона и т. Д.

Suntan Гибридные танталовые конденсаторы

Танталовые гибридные конденсаторы обеспечивают очень высокую плотность энергии и высокую мощность в устройствах, которые намного меньше и легче, чем традиционные влажные танталовые конденсаторы, танталовые чипы, алюминиевые электролитические или керамические конденсаторы. Гибридный танталовый конденсатор также является самым надежным конденсатором на рынке.

Гибридный танталовый конденсатор, использование диэлектрика позволяет работать с более высоким напряжением отдельных элементов и, таким образом, может работать при более высоких напряжениях без необходимости в последовательно соединенных элементах.

Сопротивление (ESR) одноэлементных гибридных конденсаторов намного ниже по сравнению с другими суперконденсаторами с аналогичным номинальным напряжением. Это приводит к очень низкой постоянной времени, равной 1 мс или меньше, что делает гибридные конденсаторы хорошо подходящими для высокоскоростных приложений.

Знания о танталовых конденсаторах

Танталовые конденсаторы представляют собой электролитические конденсаторы. Однако некоторые их формы неполярны и содержат два последовательно соединенных конденсатора (отрицательный к отрицательному).По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами, они имеют аналогичную емкость и объем, как правило, более дорогие и имеют более низкое эффективное последовательное сопротивление. Обычно они живут дольше, особенно при умеренно повышенных температурах. Для устройств поверхностного монтажа они обычно меньше.

Тантал основан на способности тантала образовывать защитный оксидный поверхностный слой. Они используют танталовый порошок, спрессованный в форму таблетки, в качестве одной «пластины» конденсатора с оксидом в качестве диэлектрика и электролитический раствор или проводящее твердое вещество в качестве другой «пластины».Поскольку диэлектрический слой может быть очень тонким (тоньше, чем аналогичный слой, например, в алюминиевом электролитическом конденсаторе), высокая емкость может быть достигнута в небольшом объеме. Из-за преимуществ в размере и весе танталовые конденсаторы используются в портативных телефонах, пейджерах, персональных компьютерах и автомобильной электронике.

Тантал — обзор | Темы ScienceDirect

5.3.2.2 Танталовые конденсаторы

Танталовый конденсатор — это металлооксидный выпрямитель, используемый в его блокирующем направлении (что объясняет его поляризацию).Диэлектрик Ta ₂ O ₅ по своей природе термодинамически нестабилен, но стабилизация может быть достигнута кинетическими средствами. Он отличается уменьшенными размерами, хорошей стабильностью электрических параметров, очень хорошими высокочастотными свойствами, длительным сроком службы, объемным КПД, меньшим снижением характеристик, отсутствием риска воспламенения и большим температурным диапазоном. Что касается его надежности, полевые данные показывают, что частота отказов танталовых конденсаторов составляет менее 10 ^–8 / ч с уровнем достоверности 90%.Однако следует подчеркнуть два ограничения: небольшое значение обратного смещения (по сравнению с номинальным напряжением) и пониженная надежность танталовых конденсаторов с твердым электролитом в импульсном режиме, как это происходит в цепях с малым импедансом, где перенапряжение может привести к к отключению электроэнергии.

Распределение вероятностей режимов отказа следующее: короткое замыкание 57%, размыкание 32%, отклонение параметров 11%. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые конденсаторы обладают очень хорошей надежностью, благоприятными температурными и частотными характеристиками, большим температурным диапазоном, относительно небольшими размерами и большей надежностью.

Факторами, влияющими на надежность, являются температура окружающей среды T _E , рабочее напряжение U _E , последовательное сопротивление R _S и, для конденсаторов в пластиковом корпусе, влажность воздуха. Устройства следует использовать в приложениях, в которых рабочее напряжение не превышает половины номинального. Этот коэффициент снижения на 50% обеспечивает разумную частоту отказов, особенно для условий включения, характерных для большинства приложений.Производителям компонентов никогда не сообщается о долговременных отказах, но отказы при включении — очень спорный вопрос [20]. Популярность твердотельных танталовых конденсаторов для космического применения не получила широкого распространения, что привело к некоторым ограничениям в схемах фильтрации источников питания, где требуется высокая пропускная способность по току и низкое сопротивление. Скачки перенапряжения серьезно снижают надежность танталовых конденсаторов. Исследователи исследовали деформации танталовых конденсаторов кристаллов во время моделирования пайки оплавлением, чтобы оценить возможность возникновения эффекта попкорнинга.До сих пор процессы износа танталовых конденсаторов не наблюдались. В большинстве случаев было замечено уменьшение времени до отказа.

Технические характеристики обычно допускают отклонение конденсатора на –10% между измеренными значениями при 20 и –55 ° C и на + 12% между 20 и + 85 ° C, соответственно. Продукт CU (емкость × напряжение) является важным параметром танталовых конденсаторов, потому что это единственные конденсаторы, характеризующиеся очень высокой стоимостью для продукта CU при небольшом объеме и сниженной цене.На его надежность сильно влияет значение емкости.

Электролитические конденсаторы — условные обозначения конденсаторов

При проектировании посадочных мест для электролитических конденсаторов важно разместить четкие указательные метки, чтобы показать ориентацию компонентов. Поскольку конденсаторы этого типа поляризованы (они должны быть размещены в определенной ориентации), они должны иметь на печатной плате метки, помогающие определить, как их следует размещать. Четкость маркировки компонентов является ключом к тому, чтобы изготовление вашей конструкции проходило гладко, и синий дым не выходил из ваших конденсаторов.Тем более, что электролитические конденсаторы сделаны из тантала, поскольку они имеют тенденцию к катастрофическим последствиям, когда они включаются в обратном направлении.

Электролитический конденсатор

— один из самых популярных типов конденсаторов, используемых в конструкции платы. Они дешевы и обеспечивают хороший баланс физического размера и емкости. Есть четыре физических вида электролитических конденсаторов; Банка SMT, корпус SMT, PTH радиальный и PTH осевой. Каждый стиль обозначен немного по-своему.Обычно они отмечены полосой на катодной стороне конденсатора, указывающей отрицательный вывод, но есть некоторые исключения. Это отличается от типичного схематического обозначения с положительной или анодной маркировкой!

Схематическое обозначение

Типичный поляризованный конденсатор будет выглядеть, как показано на схеме ниже. Положительная или анодная сторона конденсатора помечена символом «+». Поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, я использую на схемах символ (показанный ниже).

Схематический символ поляризованных конденсаторов, как показано в Eagle.

SMT может быть электролитическим конденсатором

Эти конденсаторы отмечены на верхней части банки черной меткой. Однако цвет марки иногда зависит от производителя. Пластиковая основа конденсатора также имеет фаску с положительной или анодной стороны.

SMT Can Electrolytic Capactor: Маркировка указывает на отрицательную или катодную сторону.

Площадь основания типичного электролитического конденсатора SMT.

Корпус электролитического конденсатора SMT

Конденсаторы этого типа обычно имеют внутри тантал или ниобий, но есть несколько электролитических полимеров. Стиль корпуса означает, что он имеет форму резистора 0805 или керамического конденсатора. В отличие от других корпусов для конденсаторов, они обычно имеют положительную или анодную маркировку.

SMT обычно имеют анодную / положительную маркировку. Осторожно!

Место для электролитических конденсаторов в корпусе SMT.

Радиальный электролитический конденсатор PTH

Радиальные колпачки имеют как анод, так и катод, выходящие на одну сторону конденсатора.В 99% случаев они отмечены контрастной полосой на катоде или отрицательной стороне конденсатора.

PTH.

Посадочное место для радиальных электролитических конденсаторов PTH.

Осевой электролитический конденсатор PTH

используются не очень часто, но интересны тем, как они маркированы. Отрицательная или катодная полоса проходит по их стороне аналогично радиальному стилю, но на маркировке есть стрелка, указывающая, какая сторона отрицательная или катодная.

Электролитический осевой тип PTH. Катодная полоса указывает на катод.

Площадь основания для электролитического конденсатора осевого типа PTH.

В следующий раз на файлах посадочных мест…

Самая важная вещь, о которой нужно помнить, — это свериться с таблицей технических данных деталей и увидеть, как полярность обозначена на детали. Копирование внешнего вида детали на ваших платах шелкография гарантирует гораздо больший успех при сборке платы. Я надеюсь, что это улучшит ваши следы на доске и упростит создание ваших продуктов и прототипов.В следующий раз в файлах посадочных мест мы поговорим о танталовых конденсаторах.

Ознакомьтесь с предыдущей публикацией из этой серии: Файлы отпечатков — диоды

Был ли этот пост полезным? Есть ли другие темы, которые вы хотели бы, чтобы мы обсудили? Если да, сообщите нам об этом в Твиттере.

Начни сегодня.

создать учетную запись